Co dokáže zmražený čip? Nový rekord v rychlosti křemíku

Další technologický rekord vzal za své. V laboratořích společnosti IBM a Georgia Tech vznikl křemíkový čip, který dokáže pracovat nebývale vysokými frekvencemi. Takové čipy by mohly znamenat revoluci ve světě počítačů.Další technologický rekord vzal za své. V laboratořích společnosti IBM a Georgia Tech vznikl křemíkový čip, který dokáže pracovat nebývale vysokými frekvencemi. Takové čipy by mohly znamenat revoluci ve světě počítačů.

Experimenty, které nyní provádějí společně vědci IBM a institutu Georgia Tech (USA), jsou součástí projektu, který má za úkol zjistit extrémní rychlostní meze nových čipů. Čip, jenž byl při demonstraci použit, patří mezi prototypy tzv.

čtvrté generace výrobní technologie SiGe (křemík–germanium). Běžné čipy, které jsou například umístěny v procesorech normálních mobilních telefonů pracují s frekvencí 2 GHz, nový čip však zvládne svou práci s frekvencemi, které jsou vyšší než 500 GHz.

Zpracuje tak 500 miliard cyklů za sekundu. Není to ovšem tak jednoduché. Zmíněný extrémní výkon by jen těžko vznikal za normálních přírodních podmínek, které známe na naší planetě. Za velmi nízkých teplot jsou totiž čipy rychlejší, čip proto musel být zmražen na teplotu, která se velmi blíží absolutní nule (-273,15 °C).

V laboratoři tak byla, díky chladícím médiím, jakým může být třeba helium, dosažena teplota -268,33 °C.

Může to fungovat i za normální teploty?Na první pohled by se mohlo zdát, že vzhledem k takové nízké teplotě není tento objev možné uplatnit v každodenní praxi. Čipu prostředí, pro které je mráz slabé slovo, dělá dobře, ale člověku by v takových podmínkách byla asi přece jen trochu zima.

Jenže, počítačové simulace ukázaly, že technologie SiGe, na které je nový čip založen, by mohla fungovat i při normální teplotě. Koneckonců, už nyní lze při pokojové teplotě dosáhnout hodnoty 350 GHz.

A nejen to, teoreticky lze již dosáhnout i vyšších výkonů, blížících se k magické hranici 1000 GHz.

Jen křemík nestačíSamotná technologie SiGe není nikterak nová, IBM ji představila už v roce 1989 a o devět let později se SiGe dočkala i masového využití v tranzistorech, potažmo v mikročipech. V čem vlastně technologie SiGe spočívá?

Drtivá většina dnešních čipů obsahuje křemík, to není nic nového. Křemík je sice pro výrobu polovodičových součástek ideální prvek, což technologové dávno vědí, ale zde je ještě přidána další složka, a to germanium.

Kombinace křemíku a germania pak způsobuje, že mikročip dokáže pracovat podstatně rychleji a nevyžaduje příliš velký přísun energie. Tím je jeho provoz i úspornější.

Tajemství výroby krystaluProtože pro výrobu většiny polovodičových součástek je polykrystalický křemík, který obsahuje malé množství nečistot, nepoužitelný, používá se křemík monokrystalický. Obvyklou metodou pro jeho výrobu je řízená krystalizace z taveniny, nazývaná Czochralského proces.

Při něm je do křemíkové taveniny vložen zárodečný krystal vysoce čistého křemíku. Ten se přitom otáčí a pulzuje podle předem přesně definovaného programu, přičemž teplota taveniny je také velmi pečlivě monitorována a řízena.

Celý proces probíhá v nádobách z velice čistého křemene v inertní (netečné) atmosféře argonu. Na zárodečném krystalu se pak vylučují další vrstvy mimořádně čistého křemíku. Výsledný produkt, tedy křemíkový ingot, pak může mít až 40 centimetrů v průměru a délku do dvou metrů.

Tento ingot je přitom tvořen jediným krystalem. Vyrobená „tyčka“ se poté po ochlazení řeže na půl milimetru tenké vrstvy, leští se a teprve pak mají výrobny polovodičových součástek svou potřebnou výchozí surovinu.

Nezvýší se výrobní nákladyVývojáři z IBM počítají, že superrychlý křemík by mohl být využit i v mnoha dalších oblastech. Své uplatnění bezesporu najde v armádních systémech nebo v systémech pracujících na palubách kosmických lodí.

Časem se ho dočkáme třeba i v běžné mobilní komunikaci. Nespornou výhodou, kterou si pochvalují zejména manažeři firem vyrábějících elektroniku, je i to, že výroba takových čipů nezvyšuje současné náklady.

Ani odborná veřejnost neskrývá své nadšení. „Společnosti Georgia Tech a IBM vůbec poprvé v historii ukázaly, že s komerční technologií na bázi křemíku, s použitím velkých plátů a levných výrobních technik kompatibilních s křemíkem, lze dosáhnout rychlosti až půl biliónu cyklů za sekundu,“ prohlásil John D. Cressler, profesor na katedře elektrického a počítačového inženýrství amerického institutu Georgia Tech.

„Tento výzkum nově definuje hranice toho, čeho jsme schopni dosáhnout se SiGe nanotechnologiemi.“

Absolutní nula je teplota při níž ustane tepelný pohyb částic čímž prakticky přestává existovat hmota. Nelze ji vlastně nikdy dosáhnout, ovšem řada laboratoří se k ní již velmi přiblížila. Obvykle je měřena ve stupních kelvina.

Absolutní nula tak odpovídá 0 K. (– 273,15°C nebo – 459,67 °F).

Křemík je polokovový prvek, kterého v zemské kůře rozhodně není málo. Tvoří 13% hmoty Země, ostatních kamenných planet a meteoritů. Slouží jako základní materiál pro výrobu polovodičových součástek, ale i jako základní surovina pro výrobu skla a je významnou součástí keramických a stavebních materiálů.

Objev křemíku je připisován švédskému chemikovi J.Jacobu Berzeliovi (1824).

Germanium je poměrně velmi řídce se vyskytující polokov, nalézající se obvykle jako příměs v rudách zinku a stříbra. Objevil jej roku 1886 německý chemik Clemens A. Winkler a pojmenoval jej podle své vlasti.

Zajímavé je, že jeho existence byla předpovězena tvůrcem periodické tabulky prvků, ruským chemikem Dmitrijem Mendělejevem, který jej nazýval eka-silicium a poměrně přesně určil základní fyzikálně-chemické vlastnosti tohoto prvku.

V pevném skupenství se germanium chová jako polovodič, naproti tomu v kapalném skupenství je kovem, podobně jako třeba rtuť. Kromě polovodičů nachází germanium uplatnění i při výrobě světlovodné optiky, protože jeho přítomnost v materiálu optických vláken podstatným způsobem zvyšuje index lomu materiálu.

Tato vlastnost se uplatní i ve výrobě speciálních optických součástek jako jsou čočky pro kamery s širokým úhlem záběru nebo optika pro zpracování signálu v infračervené oblasti spektra (přístroje pro noční vidění).

Autor: Martin Janda
Rubriky:  Technologie
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Česká společnost investuje do řešení paradentózy

Česká společnost investuje do...

Ačkoli paradentóza představuje široce rozšířené infekční onemocnění postihující...
Projekt CROCODILE: Inteligentní doprava Evropy

Projekt CROCODILE: Inteligentní...

„Jak chcete vládnout zemi, kde se vyrábí 246 druhů sýra?“ vystřihl...
Židle navržená pomocí umělé inteligence

Židle navržená pomocí umělé...

Každý designér sní o tom, že dostane příležitost pracovat na projektu,...
Oslavy ve stínu pandemie

Oslavy ve stínu pandemie

Na 13. listopad každoročně připadá Mezinárodní den nevidomých. Toto datum...
Mikrovlnná technologie FUTTEC zachraňuje vozovky v ČR

Mikrovlnná technologie FUTTEC...

Inovativní česká mikrovlnná technologie FUTTEC, zabudovaná ve stroji FT3,...
Česko finalizuje unikátní projekt dopravy budoucnosti

Česko finalizuje unikátní...

Představte si Evropu bez dopravních nehod, kdy už nikdo na silnici...
Britská armáda požaduje robotické vojáky

Britská armáda požaduje robotické...

Britské ozbrojené síly chystají výraznou technologickou změnu ve svých řadách....
Zařízení z VUT pomůže jadernému výzkumu

Zařízení z VUT pomůže jadernému...

Vědci z brněnské techniky spustili novou experimentální smyčku pro výzkum...
Jak nebezpečné je to v Černobylu? Úroveň radiace zkoumal robot americké společnosti

Jak nebezpečné je to v Černobylu?...

Odborníci z University of Bristol před pár dny vyrazili do Černobylu s...
Nová metoda výběru spermií může významně zvýšit šance na otěhotnění

Nová metoda výběru spermií může...

S problémem neplodnosti se v České republice v současnosti potýká téměř každý pátý pár a...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Nová fakta o objevení Austrálie: Přepíše dějiny malá kresba klokana?

Nová fakta o objevení Austrálie:...

Nenápadná jeptiška Caterina de Carvalho, která žije v Caldas da Rainha na západě Portugalska, vytáhne malou...
Obří kolosy, které se dotýkají nebe: Znáte nejvyšší sochy světa?

Obří kolosy, které se dotýkají nebe:...

Všichni znají newyorskou sochu Svobody nebo brazilskou sochu Ježíše Spasitele....
Jakou barvu mají planety sluneční soustavy?

Jakou barvu mají planety...

Vliv na barvu planet má složení jejich povrchu, přítomnost atmosféry či...
Mohla za obezitu Jiřího z Poděbrad porucha látkové výměny?

Mohla za obezitu Jiřího z Poděbrad...

Padesátiletý muž se širokou tváří lemovanou hustým knírem s vlasy splývajícími na...
Neprávem zatracovaní leváci: Je psaní levou rukou výhoda, nebo hříčka přírody?

Neprávem zatracovaní leváci: Je psaní...

V populaci jich je jen 10 %. V minulosti byli považováni za nešikovné a podlé,...
Na zápal plic umírá více Čechů než při autonehodách

Na zápal plic umírá více Čechů než...

Zápal plic nebo meningitida jsou jedny z mnoha závažných nemocí, které...
Kdo byli piloti kamikadze? Sebevražední fanatici, anebo napálení hrdinové?

Kdo byli piloti kamikadze?...

Stateční válečníci, kteří neváhali zemřít pro svého císaře? Fanatici s...
Místo dárků mrtvoly: Když se Vánoce promění v řezničinu

Místo dárků mrtvoly: Když se Vánoce...

Peníze byly a jsou ošemetným tématem. Hádka týkající se financí tragicky...
Převratné řešení pro diabetiky

Převratné řešení pro diabetiky

Ve Všeobecné fakultní nemocnici v předposledním listopadovém týdnu 2020...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.