Processador 3D de nanotubos combina computação e armazenamento

Engenheiros da Universidade de Stanford e do MIT, nos EUA, usaram duas nanotecnologias complementares para desenvolver um processador de computador 3D que promete viabilizar uma nova geração de microeletrônicos energeticamente eficientes e capazes de processar enormes quantidades de dados.

Lógica e armazenamento no mesmo chip

Engenheiros da Universidade de Stanford e do MIT, nos EUA, usaram duas nanotecnologias complementares para desenvolver um processador de computador 3D que promete viabilizar uma nova geração de microeletrônicos energeticamente eficientes e capazes de processar enormes quantidades de dados.

O protótipo representa uma mudança radical em relação aos chips atuais. Em vez de usar componentes de silício, o chip usa nanotubos de carbono e células de memória de acesso aleatório resistivo (RRAM), um tipo de memória não-volátil que funciona mudando a resistência elétrica de um material sólido.

Ou seja, lógica e armazenamento são colocados no mesmo chip, o que permite eliminar a perda de tempo e o gasto de energia que os computadores atuais têm para mover os dados do processador para os pentes de memória e vice-versa.

Processador com transistores de nanotubos

O processador integra mais de 1 milhão de células de memória RRAM e 2 milhões de transistores de efeito de campo de nanotubos de carbono, tornando o sistema nanoelétrico mais complexo já feito com essas nanotecnologias emergentes – várias vezes maior do que o primeiro protótipo da equipe a usar lógica e memória empilhadas para fazer um processador 3D.

As memórias RRAM e os transistores de nanotubos de carbono são construídos verticalmente uns sobre os outros, criando uma arquitetura de computador 3D inovadora e muito densa, com camadas entrelaçadas de lógica e memória. Inserindo fios entre as camadas em uma densidade muito maior do que se pode alcançar nos chips 2D planos, esta arquitetura 3D promete resolver o problema do gargalo da comunicação intrachip, que já está inibindo a inserção de mais núcleos nos processadores tradicionais.

“Os circuitos hoje são 2D porque a fabricação de transistores de silício convencionais envolve temperaturas extremamente altas, acima dos 1.000 graus Celsius. Se você tentar construir uma segunda camada de circuitos de silício por cima [da primeira], essa alta temperatura vai danificar a camada inferior de circuitos,” disse o professor Max Shulaker, principal idealizador da nova arquitetura 3D.

Os circuitos de nanotubos de carbono e a memória RRAM podem ser fabricados a temperaturas muito mais baixas, abaixo dos 200º C, de forma que podem ser fabricados em camadas sem prejudicar os circuitos abaixo, fabricados anteriormente.

Ilustração do processo de fabricação sequencial do processador 3D. [Imagem: Max M. Shulaker et al. – 10.1038/nature22994]

10 vezes melhor

De acordo com a equipe, a nova arquitetura oferece vários benefícios simultâneos para os futuros sistemas de computação.

“Os dispositivos são melhores: a lógica feita com nanotubos de carbono pode ser uma ordem de grandeza [10 vezes] mais eficiente em termos de energia em comparação com a lógica de hoje feita a partir do silício; e, da mesma forma, a RRAM pode ser mais densa, mais rápida e mais energeticamente eficiente em comparação com a DRAM,” disse o professor Philip Wong.

A equipe pretende agora iniciar uma parceria com uma fábrica de semicondutores para começar a desenvolver o processo em escala industrial.