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

Masové kuličky spadlé z nebe… Drony budou ve Finsku doručovat zákazníkům jídlo

Masové kuličky spadlé z nebe…...

Wing je sesterská společnost Googlu, která se již delší dobu zabývá doručováním...
Fotí dražší mobily lépe než levné kompakty?

Fotí dražší mobily lépe než...

Nezávislý spotřebitelský časopis porovnal kvalitu fotografií pořízených...
První létající taxíky budou v Německu do šesti let

První létající taxíky budou v...

Se vskutku smělým prohlášením přišel před několika dny německý startup Lilium,...
V jihokorejské armádě budou sloužit zvířecí roboti

V jihokorejské armádě budou sloužit...

Jihokorejská Defence Acquisition Programme Administration (DAPA) v neděli zveřejnila...
Základy kvantového internetu položili čeští vědci

Základy kvantového internetu...

Budoucnost kvantového internetu je opět o krok blíže. Vědci z Univerzity...
Nový přístroj na snímání otisků prstů má pomoci při řešení odložených případů

Nový přístroj na snímání otisků prstů má...

Nová bezkontaktní metoda efektivnějšího snímání otisků prstů z předmětu vzešla...
Technologie jako ze sci-fi filmu: Vědci vytvořili průhlednou baterii

Technologie jako ze sci-fi filmu:...

Práce vědců z Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology nás...
Pokročilá technologie do nemocnic

Pokročilá technologie do nemocnic

Lékaři v pražské Všeobecné fakultní nemocnici spolupracují se společností...
Torpédem proti torpédu? Námořní velmoce chtějí vyvinout nové protiponorkové opatření

Torpédem proti torpédu? Námořní...

I v moderní válce platí ponorky za těžkého nepřítele, s jehož torpédy je...
Australské elektrokoloběžky byly vulgární na zákazníky

Australské elektrokoloběžky byly...

Zelené koloběžky LIME jsou populární v Americe, Austrálii i Evropě a své...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Nemocné srdce: nejčastější příčina úmrtí u nás!

Nemocné srdce: nejčastější příčina...

Srdce je odpradávna symbolem života i lásky a zároveň jedním z...
Papež a Mussolini: Proč došlo k jejich spolupráci?

Papež a Mussolini: Proč došlo...

Ještě před začátkem druhé světové války došlo ke spojení italského...
Video: TOP 5 nejdražších věcí z výkalů

Video: TOP 5 nejdražších věcí z...

Pokud zavítáte někdy do Thajska, můžete si pořídit Poo poo paper. To...
VIDEO: Zásobárna jedu jménem mravenci

VIDEO: Zásobárna jedu jménem...

Mravenci jsou jedním z nejrozšířenějších druhů po celé planetě. Žijí...
Fingovaná úmrtí slavných osobností: Kdo ve skutečnosti nezemřel?

Fingovaná úmrtí slavných...

Zemřeli doopravdy, nebo jenom zmizeli? Proč mají na náhrobku chybu? Proč...
Za kolik jsou dívky schopny prodat své panenství?

Za kolik jsou dívky schopny prodat...

Dnes si představíme poměrně kuriózní příběhy dívek, které na internetu...
Saladin svými výboji podkopal trh s otroky

Saladin svými výboji podkopal...

Když sultán Saladin zemřel, jeho věrní údajně otevřeli jeho soukromou pokladnici, aby...
Video: vtipné momentky z NHL

Video: vtipné momentky z NHL

Ne vždy se daří tak, jak má a ne vždy je vše podle...
Které světově proslulé firmy dneška kolaborovaly s nacisty?

Které světově proslulé firmy...

Když se řekne Coca-Cola, Hugo Boss či IBM, každý si představí prosperující...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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