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

BMW Group zrychluje udržitelnou těžbu lithia

BMW Group zrychluje udržitelnou...

BMW Group bude v příštích letech urychlovat expanzi elektromobility. Očekává...
Lepší léčba HAE v Česku a na Slovensku

Lepší léčba HAE v Česku a na...

Vzácnému dědičnému onemocnění jménem hereditární angioedém se dostává v...
Molnupiravir se k lidem může dostat už na podzim

Molnupiravir se k lidem může...

Do závěrečné, třetí fáze testování se dostává slibný lék na koronavirus –...
Hasiči budou mít nové pomocníky

Hasiči budou mít nové pomocníky

V posledních letech se na první příčky popularity na poli technologie dostaly...
V italské jeskyni byly nalezeny pravěké ostatky

V italské jeskyni byly nalezeny...

O životě našich prapředků se neustále dozvídáme něco nového. Nejvíce...
Čeští zoologové zmapovali šíření hlodavců z Asie do Evropy. Pomohly jim genetické stopy z doby ledové.

Čeští zoologové zmapovali šíření...

Mezinárodní tým vedený Pavlem Stopkou z Přírodovědecké fakulty UK v...
Vztahy v době pandemie

Vztahy v době pandemie

Více než rok trvající pandemie prověřila kvalitu rodinných vztahů. Na rodiny...
Pozor na mozkovou mrtvici

Pozor na mozkovou mrtvici

Náhle vzniklý pokles koutku úst, porucha řeči, oslabení nohy nebo rukou,...
I plíce mohou mít vysoký tlak

I plíce mohou mít vysoký tlak

Dušnost při fyzické námaze nebo únava, případně bolest na hrudi – to vše může...
Nové technologie pro budoucnost jaderné energetiky

Nové technologie pro budoucnost...

Využívání energie z jádra se stalo přirozenou součástí energetického...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Marie Terezie snídala se zebrami

Marie Terezie snídala se zebrami

Šálek jemně cinkne o talířek. Nechybí mnoho a horká tekutina by vyšplíchla...
Chutnají jim meteority

Chutnají jim meteority

Meteority jsou nejen kosmickými tělesy dopadajícími na povrch planety Země,...
Hasiči budou mít nové pomocníky

Hasiči budou mít nové pomocníky

V posledních letech se na první příčky popularity na poli technologie dostaly...
Žofie Bavorská: Zchudlá dívenka v čele státu

Žofie Bavorská: Zchudlá dívenka...

„Je okouzlující!“ rozplývá se Václav IV. nad 12letou Žofií, které...
Anthony Comstock: Lovec oplzlostí se vymkne kontrole

Anthony Comstock: Lovec...

Příval obvinění se vymyká kontrole. Objevují se smyšlená obvinění, přestává...
Molnupiravir se k lidem může dostat už na podzim

Molnupiravir se k lidem může...

Do závěrečné, třetí fáze testování se dostává slibný lék na koronavirus –...
Původ Chodů: Střežili západní hranici Čech polští zajatci?

Původ Chodů: Střežili západní...

Ve tmě zapraskají větve.  Z houštiny lesa poblíž obchodní stezky vykoukne vysoký...
Když kořist zabíjí útočníka

Když kořist zabíjí útočníka

Nový výzkum publikovaný v časopise Journal of Herpetology ukazuje, že...
Výchova dětí pod drobnohledem

Výchova dětí pod drobnohledem

Dítě dostává ve škole zadání, aby popsalo svou rodinu – sestřičku, brášku,...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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