211service.com
První plastový počítačový procesor
Křemík může být základem počítačů, které nás obklopují, ale pevná nepružnost polovodiče znamená, že nemůže dosáhnout všude. První počítačový procesor a paměťové čipy vyrobené z plastových polovodičů naznačují, že jednoho dne nebude nikde mimo hranice výkonu počítače.
Plastová síla: Tento mikroprocesor je vyroben z organických materiálů. Ve srovnání s většinou křemíkových procesorů je nepatrný, ale je flexibilní a levný.
Výzkumníci v Evropě použili 4000 plastových nebo organických tranzistorů k vytvoření plastového mikroprocesoru, který měří zhruba dva centimetry čtvereční a je postaven na ohebné plastové fólii. Oproti použití křemíku to má výhodu nižší ceny a může být flexibilní, říká Jan Genoe nanotechnologické centrum IMEC v belgické Lovani. Genoe a kolegové z IMEC spolupracovali s výzkumníky v výzkumná organizace TNO a výstavní společnost Polymer Vision , oba v Nizozemsku.
Procesor zatím umí spustit pouze jeden jednoduchý program o 16 instrukcích. Příkazy jsou napevno zakódovány do druhé fólie vyleptané plastovými obvody, které lze připojit k procesoru a načíst program. To umožňuje procesoru vypočítat průběžný průměr příchozího signálu, což by mohl udělat čip zapojený do zpracování signálu ze senzoru, říká Genoe. Čip běží rychlostí 6 hertzů – řádově milionkrát pomaleji než moderní stolní stroj – a dokáže zpracovávat informace maximálně v osmibitových blocích, ve srovnání se 128 bity u moderních počítačových procesorů.
Organické tranzistory již byly použity v určitých LED displejích a RFID štítcích, ale nebyly použity k výrobě procesoru jakéhokoli druhu. Mikroprocesor byl představen na konference ISSCC v San Jose, Kalifornie, minulý měsíc.
Výroba procesoru začíná 25 mikrometrů silnou fólií z pružného plastu, jako je to, čím byste mohli zabalit oběd, říká Genoe. Nahoře je nanesena vrstva zlatých elektrod, následuje izolační vrstva plastu, další vrstva zlatých elektrod a plastové polovodiče, které tvoří 4000 tranzistorů procesoru. Tyto tranzistory byly vyrobeny otáčením plastové fólie, aby se kapka organické kapaliny rozprostřela do tenké, rovnoměrné vrstvy. Když se fólie mírně zahřeje, kapalina se přemění na pevný pentacen, běžně používaný organický polovodič. Různé vrstvy byly poté leptány pomocí fotolitografie, aby se vytvořil konečný vzor pro tranzistory.
V budoucnu by se takové procesory mohly vyrábět levněji tiskem organických složek, jako je inkoust, říká Genoe. Existují výzkumné skupiny, které pracují na tisku roll-to-roll nebo sheet-to-sheet, říká, ale stále je potřeba určitý pokrok k výrobě organických tranzistorů malých velikostí, které se neviklají, což znamená fyzicky nepravidelné. Dosud nejlepší metody tisku v laboratorním měřítku mohou poskytnout spolehlivé tranzistory pouze v desítkách mikrometrů, říká.
Vytvořit procesor vyrobený z plastových tranzistorů byla výzva, protože na rozdíl od těch vyrobených z uspořádaných křemíkových krystalů nelze každému věřit, že se bude chovat jako kterýkoli jiný. Plastové tranzistory se každý chovají trochu jinak, protože se skládají z neuspořádaných amorfních sbírek pentacenových krystalů. Nebudete mít dva stejné, říká Geneo. Museli jsme studovat a simulovat tuto variabilitu, abychom vypracovali design s nejvyšší šancí na správné chování.
Tým uspěl, ale to neznamená, že je připravena fáze, aby plastové procesory nahradily ty křemíkové ve spotřebitelských počítačích. Organické materiály zásadně omezují rychlost provozu, vysvětluje Genoe. Očekává, že se plastové procesory objeví na místech, kde křemíku brání jeho cena nebo fyzická nepružnost. Nižší cena použitých organických materiálů ve srovnání s konvenčním křemíkem by měla plastový přístup zlevnit asi 10krát.
Dokážete si představit senzor organického plynu omotaný kolem plynového potrubí, který hlásí případné úniky pomocí flexibilního mikroprocesoru, který ruší signál, říká. Plastová elektronika by také mohla umožnit zabudování jednorázových interaktivních displejů do obalů, například pro potraviny, říká Genoe. Můžete stisknout tlačítko, aby se sčítaly kalorie v sušenkách, které jste snědli, říká.
Ale takové aplikace budou vyžadovat víc než jen plastové procesory, říká Wei Zhang, který pracuje na organické elektronice na University of Minnesota. Na stejné konferenci, kde byl odhalen organický procesor, Zhang a kolegové představili první tištěnou organickou paměť typu známého jako DRAM, která funguje vedle procesoru ve většině počítačů pro krátkodobé ukládání dat. Paměťové pole o velikosti 24 milimetrů čtverečních bylo vyrobeno vytvořením několika vrstev organického inkoustu vystřikovaného z trysky jako aerosol. Dokáže uložit 64 bitů informací.
Předchozí tištěná paměť byla energeticky nezávislá, což znamená, že uchovává data, i když je napájení vypnuté, a není vhodná pro krátkodobé ukládání zahrnující časté psaní, čtení a přepisování, říká Zhang. Skupina Minnesota byla schopna vytisknout DRAM, protože vymyslela formu tištěného organického tranzistoru, který používá gel bohatý na ionty jako izolační materiál, který odděluje jeho elektrody.
Ionty uvnitř umožňují gelové vrstvě uchovat více náboje než konvenční beziontový izolátor. To řeší dva problémy, které mají omezený vývoj organické paměti. Schopnost gelu ukládat náboj snižuje výkon potřebný k provozu tranzistoru a paměti z něj postavené; také umožňuje, aby úrovně nabití používané pro reprezentaci 1 a 0 v paměti byly velmi odlišné a aby přetrvávaly po dobu jedné minuty, aniž by bylo nutné paměť obnovovat.
Organické, tištěné DRAM by mohly být použity pro krátkodobé ukládání obrazových snímků v displejích, které jsou dnes vyráběny s tištěnými organickými LED diodami, říká Zhang. To by umožnilo vyrobit více zařízení pomocí tiskových metod a odstranit některé křemíkové komponenty, což by snížilo náklady.
Nalezení způsobu, jak zkombinovat organické mikroprocesory a paměti, by mohlo dále snížit ceny, ačkoli Zhang říká, že oba ještě nejsou připraveny na propojení. Tyto snahy jsou nové techniky, takže nemůžeme zaručit, že budou postaveny a budou fungovat společně, říká Zhang. Ale do budoucna by to dávalo smysl.