Forskere ved HP Labs har demonstrert en ny brikkearkitektur som kan føre til dramatiske forbedringer i ytelsen uten en del av problemene som finnes i dagens design.
I flere tiår har økningen i brikkeytelse vært stor ved at transistorer og ledninger har krympet for å gi mer kraft på mindre plass. Men transistorer kan bare bli så små før problemer med generering av varme, defekter og grunnleggende fysikk kommer i veien.
Forskernes metode kan tillate at brikker blir bygd med transistorer som har samme størrelse som i dagens enheter. Deres design kombinerer en krysstag-svitsjstruktur i nanoskala med konvensjonelle halvledere for å lage en hybridbrikke med høyere tetthet som også krever mindre strøm og som genererer mindre varme.
"Implikasjonen er at vi kan finne ut hvordan vi kan få Moores lov -- som er å kontinuerlig øke kapasiteten på brikkene -- til å fortsette i flere tiår i stedet for å avsluttes i neste tiår, slik mange venter", sa Stan Williams, HP Senior Fellow som har ledet HP Labs' Quantum Science Research-gruppe i mer enn 10 år.
Forskerne, Greg Snider og Williams, fremla arbeidet sitt i
en artikkel i 24. januar-utgaven av Nanotechnology 
, en publikasjon fra British Institute of Physics. Forskningen ble utført med klassiske modellerings- og simuleringsteknikker, men ingeniørene arbeider nå med å produsere en faktisk brikke som kanskje kan bli satt i produksjon ved en standardfabrikk.
Forskerne har brukt FPGAer (Field-Programmable Gate Arrays) -- integrerte kretser som kan tilpasses av sluttbrukerne til spesifikke applikasjoner -- på en måte som kan bruke mindre strøm, gi opptil åtte ganger høyere tetthet og koste mindre enn eksisterende FPGAer.
De mener at et liknende konsept for plassering av svitsjer i intertilkoblingsledningsnett kan brukes på andre typer integrerte kretser.
Forskerne sier at de kan unngå å krympe transistorer ved å fjerne ledningene og svitsjene mellom de logiske cellene på silikonlaget av FPGA, og slik gi mer plass for logiske åpninger og la dem bli plassert nærmere hverandre. Ledningene og svitsjene erstattes av en nanoledning-intertilkobling som utfører de samme funksjonene, men er på et lag over transistorene.
"På denne måten er transistorene store nok til at de forblir svært pålitelige", sier Williams. "Ytelsen blir bedre ved å krympe ledningene i stedet. Disse konnektive nanoledningene og svitsjene kan til og med være defekte uten at kretsen slutter å virke."
FPGAer er en spesielt nyttig for demonstrasjon fordi mesteparten av silikonen som brukes -- omtrent 80 prosent -- brukes til ledninger og svitsjer, og bare 20 prosent til logikk.
Hvis den viser seg å være vellykket, vil den nye arkitekturen FPNI (dubbed field programmable nanowire interconnect) kunne endre balansen i brikkeindustrien med bruken av flere FPGAer. Fordi FPGAer kan omkonfigureres, kan de repareres eller forbedres selv etter at de er satt inn i et produkt.
Men de er også temmelig kostbare, så bedrifter bruker dem vanligvis i produktutviklingsfasen for senere å bytte til ASICer (Application Specific Integrated Circuits). Det kan endres hvis rimeligere FPGAer blir tilgjengelig.
Williams sier at hans gruppe arbeider med ingeniører i teknologiutviklingsorganisasjonen i HPs Imaging and Printing Group for å bygge en prototype av brikken som virker, i en av HPs produksjonsavdelinger i Corvallis, Oregon, senere dette året.
Dette er den samme produksjonsavdelingen som produserte FPGA-brikkene som ble brukt i HP Labs Teramac-prosjektet tidlig på 1990-tallet, der Greg Snider var sjefsarkitekt.
Teramac, en million-gate-datamaskin som fungerte perfekt til tross for sine 220 000 defekte deler, var en tidlig demonstrasjon av den defekttolerante arkitekturen som Williams' laboratorium har arbeidet med siden da. Arkitekturen betyr at forskere kan lage databehandlingsenheter med nanoledninger, som er defekttilbøyelige på grunn av størrelsen.
Overgangen fra forskning til utvikling skjer for første gang for Williams' laboratorium, som har vært ledende innen nanoelektronisk forskning.
Det presenterer en betydelig utfordring. "Bare fordi vi får visse ting til å virke i laboratoriet, betyr det ikke at vi kan få en robust brikke ut av det", sier Williams. "Nå starter det virkelige arbeidet."
Ikke at han beklager det. "Dette er en viktig milepæl for oss," legger han til. "Vårt mål er å ha noe innen 2010 som vi kan la kundene prøve."
Utskriftsversjon
