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 nestačí
Samotná 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 krystalu
Protože 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 náklady
Vývojáři 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).

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

Související články

Vědci vytvořili dřevo pevnější než ocel

Vědci vytvořili dřevo pevnější...

Američtí vědci z univerzity v Marylandu dokázali z obyčejného dřeva vytvořil...
Éra robotů je tu. Jaká bude automatizovaná společnost?

Éra robotů je tu. Jaká bude...

Digitalizace stále postupuje a éra, kdy se z lidí a strojů stanou...
Valkyrie II nahradí legendární XB-70

Valkyrie II nahradí legendární...

Boeing začátkem února představil projekt nového hypersonického...
Tesla dodá solární panely do Austrálie

Tesla dodá solární panely do...

Až 50 tisíc australských domácností vybaví Tesla solárními panely a...
Rychlonabíjecí stanice nové generace pro elektromobily je v Praze

Rychlonabíjecí stanice nové...

Začátkem týdne byla před pražskou centrálou společnosti Siemens spuštěna...
I esemesky již mají svou historii

I esemesky již mají svou historii

Za historicky první SMS (Short Message Servise – krátká textová zpráva) zprávu...
Vážky v chytrém telefonu

Vážky v chytrém telefonu

Unikátní mobilní aplikace Lovec vážek CZ , kterou vytvořili vědci z Katedry...
Tesla Roadster poletí do vesmíru začátkem února

Tesla Roadster poletí do vesmíru...

Vypadalo to jako nesmysl. Kdo by posílal do vesmíru osobní...
Inteligentní energetická síť od Audi

Inteligentní energetická síť od...

Světové automobilky zažívají ohledně elektromobility v posledních měsících výrazný...
Rychlonabíjecí grafenová baterie od Samsungu

Rychlonabíjecí grafenová baterie...

Většina již slyšela o grafenu, o kterém se hovoří jako o zázračném materiálu...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Exoskeleton: Sofistikovaná pomůcka budoucnosti

Exoskeleton: Sofistikovaná...

Titanový krunýř, který svému nositeli vlije do žil novou sílu, je...
Metro v Moskvě: Ve stylu barokních paláců i socialistického realismu

Metro v Moskvě: Ve stylu barokních...

Psal se rok 1935, když sovětský diktátor Josif Stalin slavnostně otevíral...
Nečekaný nález: Archivář objevil kadeř vlasů George Washingtona!

Nečekaný nález: Archivář objevil...

Vlasy patřící prvnímu prezidentovi Spojených států byly...
Budoucnost cestování? Přetlaková kapsle řítící se 1200 km/h!

Budoucnost cestování? Přetlaková...

Doprava se neustále zrychluje. Dokážete si ale představit, že...
VIDEO: Olympijské momenty ve snowboardingu

VIDEO: Olympijské momenty ve...

Zimní olympijské hry už máme téměř za sebou. Jednou ze soutěží,...
Tragédie Wilhelma Gustloffa: Zlepšil si kapitán ponorky reputaci?

Tragédie Wilhelma Gustloffa:...

Několik dnů trvá posádce sovětské ponorky S-13, než se jí po bouřlivých...
Dobývání vesmíru: Kolik lidí kvůli němu zahynulo?

Dobývání vesmíru: Kolik lidí...

Všichni známe smutný konec raketoplánu Columbia a jeho posádky....
VIDEO: Když oceán zamrzne

VIDEO: Když oceán zamrzne

Teplota kolem 20 stupňů pod nulou. Sníh a led. Za normálních okolností nic...
Jaké tajemství střežila první hornická škola na světě?

Jaké tajemství střežila první...

Před zkušební komisi předstupují 18. února 1736 ve slovenské Banské Štiavnici adepti...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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