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Conheça o primeiro microprocessador de 16 bits do mundo feito de nanotubo de carbono

Neste artigo, conheça o primeiro microprocessador de 16 bits do mundo feito de nanotubo de carbono e por que esse avanço é importante.

Conheça o primeiro microprocessador de 16 bits do mundo feito de nanotubo de carbono
A computação baseada em nanotubos de carbono promete introduzir uma nova era de eletrônicos mais rápidos e eficientes energeticamente. Fonte: G. HILLS ET AL/NATURE 2019

Atualmente, toda a indústria de computadores é baseada em transistores de silício – a parte mais importante de um microprocessador que alterna entre os bits 0 e 1 para realizar cálculos. Porém, cientistas criaram o primeiro microprocessador de 16 bits do mundo feito de nanotubo de carbono!

Processadores de silício

Os transistores de efeito de campo de óxido de metal e silício (MOSFETs, sigla em inglês) revolucionaram o campo da eletrônica. Entre 1960 e 2018, foram fabricados cerca de 13 sextilhões de MOSFETs.

Como previsto por Gordon Moore, co-fundador da Intel, o número de transistores por unidade quadrada em circuitos integrados dobrou a cada ano desde as últimas 6 décadas. No entanto, muitos especialistas, incluindo o próprio Moore, acreditam que essa previsão será válida até 2020-2025.

Em um futuro próximo, será impossível reduzir ainda mais o tamanho dos transistores de silício e é por isso que os cientistas estão trabalhando em alternativas que possam atender à demanda cada vez maior por cálculos complexos.

Após anos de trabalho, os pesquisadores do MIT demonstraram um microprocessador funcional feito de transistores de nanotubos de carbono. O que é realmente impressionante é que este microprocessador de nanotubo de carbono pode ser fabricado usando processos convencionais de fabricação de chips de silício.

O que exatamente eles fizeram?

Primeiro de tudo, precisamos entender o que são nanotubos de carbono. Eles são uma espécie de versão enrolada de grafeno, que pode exibir excepcional condutividade elétrica, condutividade térmica e resistência à tração devido à sua estrutura minúscula e à força das ligações entre os átomos de carbono.

Nanotubos de carbono são capazes de conter estados binários que compõem a computação moderna. Eles são proeminentes entre as várias nanotecnologias que estão sendo consideradas para os sistemas eletrônicos eficientes em energia da próxima geração. Dessa forma, é esperado o surgimento de alternativas mais ecológicas e mais rápidas aos transistores de silício convencionais.

Os cientistas tentam construir o CNFET (abreviação em inglês de Transistores de Efeito de Campo de Nanotubos de Carbono) há anos porque eles podem ser 10 vezes mais eficientes em termos de energia do que os microprocessadores baseados em silício de hoje. No entanto, seu processo de fabricação permanece impraticável: os transistores vêm com vários defeitos quando fabricados em escala.

Neste estudo, os pesquisadores descobriram novos métodos para reduzir significativamente os defeitos e permitir o controle total na fabricação de CNFETs, usando os processos de fabricação existentes. Eles foram capazes de construir um microprocessador de 16 bits composto por mais de 14.000 nanotubos de carbono.

Ele opera como os microprocessadores modernos. Os pesquisadores demonstraram sua funcionalidade executando todos os formatos e tipos de instrução na arquitetura do conjunto de instruções RISC-V.

Como eles fizeram chips de nanotubo de carbono?

Geralmente, o carbono se monta em diferentes formas. Sob alta pressão, por exemplo, o carbono se organiza em um diamante. Da mesma maneira, os nanotubos de carbono são feitos misturando grafite, gás hélio e certos catalisadores sob pressão e temperatura intensivamente altas.

O que resulta disso não é necessariamente um nanotubo puro. Às vezes, os nanotubos de carbono podem agir como metais cuja condutância não pode ser desligada. Dessa maneira, para produzir chips, esses nanotubos devem ser apenas semicondutores.

Segundo os pesquisadores, é quase impossível tornar 100% dos nanotubos de carbono semicondutores.

A equipe usou uma solução especial para separar os nanotubos metálicos dos semicondutores e depois aplicou um polímero para remover outras imperfeições. Agora, os nanotubos estavam prontos para serem montados em chips.

Conheça o primeiro microprocessador de 16 bits do mundo feito de nanotubo de carbono
Microprocessador de 16 bits feito de CNFETs. Crédito: Reprodução / Rankred.com

Eles colocaram esses nanotubos em um substrato e os integraram para criar um chip totalmente funcional. Eles desenvolveram com sucesso um chip de 16 bits com mais de 14.000 transistores. É o microprocessador mais complexo até o momento. O anterior tinha apenas 178 transistores.

Microprocessador de nanotubo de carbono é o futuro

14.000 ainda é um número pequeno: os processadores modernos incluem bilhões de transistores; portanto, os CNFETs ainda têm um longo caminho a percorrer. Todavia, essas descobertas corroboram um caminho promissor para sistemas eletrônicos mais ecológicos e eficientes.

Os nanotubos de carbono têm vantagens sobre o silício devido às suas propriedades exclusivas e tamanho compacto. Além disso, eles podem ser empurrados para estados supercondutores a temperaturas extremamente baixas, o que acabaria por torná-los muito mais eficientes em termos energéticos do que o silício.

Por fim, além dos componentes de computação, esses nanotubos podem ser integrados a baterias de íons de lítio (para aumentar a capacidade de armazenamento), dispositivos biomédicos e células solares.

Neste artigo, você conheceu o primeiro microprocessador de 16 bits do mundo feito de nanotubo de carbono.

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Fonte: Rankred

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