Компютърът с една инструкция се разглежда като алтернатива на силициевите технологии (графика: Krishnendu Mukhopadhyay/Penn State)
Нов компютър с рекордно ниска консумация на енергия работи с транзистори, дебели само един атом. Устройството консумира по-малко енергия от мигащ светодиод.
Учени от Държавния университет на Пенсилвания създадоха първия компютър с една инструкция, базиран на двуизмерни материали – ултратънки структури с дебелина един атом. Това откритие може да се превърне в алтернатива на традиционните силициеви технологии.
Основното постижение е успешното интегриране на двуизмерни материали в стандартни микросхеми (CMOS технология), което преди се смяташе за изключително трудно поради свойствата на тези материали.
Компютърът е базиран на два вида транзистори: n-тип молибденов дисулфид (MoS2) и p-тип волфрамов диселенид (WSe2). За да осигурят съвместната им работа, изследователите са оптимизирали няколко параметъра: те са намалили дължината на проводимите канали, използвали са изолационни материали с висока диелектрична проницаемост и са подобрили процеса на създаване на двуизмерни структури.
В резултат на това транзисторите демонстрират висока проводимост в активно състояние и минимални загуби на енергия в режим на готовност. Устройството работи при напрежение под 3V и честота до 25KHz – ограничението на тока се дължи на паразитни капацитети във веригата.
В същото време консумацията на енергия на компютъра е изключително ниска: в пикови режими тя не надвишава трилионни части от вата, а превключването между състоянията изисква около 100 пикоджаула енергия, което е с порядъци по-малко от това на съвременните силициеви аналози.
За да тестват резултатите, учените са използвали стандартни за индустрията инструменти за моделиране: платформата SPICE и модела BSIM-BULK, които отчитат дори малки разлики между отделните транзистори. Сравнението с усъвършенствани силициеви технологии разкрива потенциала на двуизмерните материали, но са необходими допълнителни изследвания, за да се пристъпи към масово производство.
Разработката потвърждава, че двуизмерните материали могат да формират основата на ново поколение електроника: по-компактна, енергийно ефективна и продуктивна. Въпреки че комерсиалното използване на технологията е все още далеч, експериментът доказва фундаменталната възможност за заместване на силиция с обещаващи наноматериали.