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US-Forscher entwickeln ersten Kohlenstoff-Rechner

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Baku, den 26. September (AZERTAG). Um Computer schneller zu machen, müssen noch mehr Schaltkreise auf Mikroprozessoren verbaut werden – die Technik hat Grenzen. US-Forscher könnten jetzt die Lösung haben. Nano- statt Siliziumchips.

Amerikanischen Computer-Ingenieuren ist ein Durchbruch bei der Herstellung von neuartigen Mikrochips gelungen. Ein Team von der kalifornischen Stanford University hat erstmals einen Rechner aus Kohlenstoff-Nanoröhren gebaut. Die Experten stellten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Nature“ vor.

Mikrochips bestehen normalerweise aus Silizium. Die Wissenschaftler hoffen, dass Chips mit Kohlenstoff-Röhren eine höhere Leistung erzielen, ohne mehr Platz zu verwenden.

Nach dem Mooreschen Gesetz, das nach dem Intel-Mitbegründer Gordon Moore benannt wurde, verdoppelt sich die Anzahl an Schaltkreisen auf einem Chip alle 18 Monate. Bei der Umsetzung dieser Leistungssteigerung stoßen die Chiphersteller aber mit der herkömmlichen Silizium-Technologie an Grenzen.

Der nun vorgestellte Kohlenstoff-Rechner habe 20 Standardbefehle fehlerfrei ausgeführt, schreiben die Stanford-Ingenieure. Der Mini-Rechner umfasst 178 Transistoren, die jeweils aus zehn bis 200 Nanoröhren bestehen. Ein üblicher Mikrochip böte fünf solchen Computern Platz.

Technik ist noch nicht ganz ausgereift - Noch ist der Kohlenstoff-Computer seinem Gegenstück aus Siliziumtransistoren jedoch unterlegen. Er rechnet mit einem Bit und einem Befehl, während heutige Computer 64 Bit und viele Befehle gleichzeitig verarbeiten.

Zudem verwendeten die Stanford-Forscher einen veralteten Aufbau, um Transistoren zu sparen. Doch die Ergebnisse sind auf die heutige Technologie übertragbar.

Die Nanoröhren sind zylinderförmige Gebilde, die aus einer einzigen Lage Kohlenstoffatome aufgebaut sind. Sie können besser als jedes andere bekannte Material Wärme ableiten, weshalb die aus ihnen gebauten Transistoren höhere Spannungen und Temperaturen aushalten als Siliziumtransistoren.

Zwei Verfahren trugen entscheidend zum Erfolg bei: Zum einen entwickelten sie ein Schaltkreisdesign, das unempfindlich ist gegen Nanoröhren, die nicht exakt ausgerichtet sind.

Zum anderen fanden sie einen Weg, die nicht funktionsfähigen Nanoröhren auszusieben. Wenn die Röhren wachsen, entstehen manchmal Strukturen, die wie Metall Strom leiten, während Kohlenstoff nur als Halbleiter erwünscht ist. Indem die Forscher große Strommengen durch Nanoröhren fließen ließen, ließen sie die funktionsuntüchtigen zu Kohlendioxid verdampfen.

500 Nanoröhren pro Mikrometer möglich - Experten halten die Arbeit der Forscher für einen bedeutenden Schritt zur Kohlenstoff-Technologie künftiger Rechner. „Man hat darüber geredet, dass ein neues Zeitalter von Kohlenstoff-Nanoröhren Silizium überwindet“, sagt Studienleiter Subhasish Mitra. „Hier ist der Beweis.“ Mihail Roco von der National Science Foundation der USA spricht von einem „wichtigen wissenschaftlichen Durchbruch“.

In einem „Nature“-Kommentar beschreibt Franz Kreupl von der Technischen Universität München die Möglichkeit, dass solche Geräte die heutige Silizium-Technologie übertreffen könnten. „Die Antwort hängt davon ab, wie präzise Nanoröhren auf einem Substrat angeordnet werden können.“

In naher Zukunft sei einen Dichte von 500 Nanoröhren pro Mikrometer möglich. „Wenn sich die Forschung auf eine aufgestockte (64 Bits) und runtergestufte (Transistorgröße 20 Nanometer) Version des Nanoröhren-Computers von Shulaker und Kollegen konzentriert, könnten wir schon bald auf so einem Gerät schreiben“, meint Kreupl.

 

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