Neues Schaltkreisdesign ermöglicht Nanoprozessoren

180 Millionen Transistoren auf einem Quadratzentimeter

Cambridge. Computerchips könnten künftig weiter schrumpfen: US-Forscher haben ein Schaltkreisdesign entwickelt, das ihnen zufolge den Bau von Nanoprozessoren ermöglicht. Diese Elemente werden in Nanometern gemessen, also dem millionsten Teil eines Millimeters. Mit dem Verfahren ließen sich bis zu 180 Millionen Transistoren auf einem Quadratzentimeter unterbringen. „Das ist die höchste Dichte an Bauteilen in einem mikroelektronischen System, über die bis heute berichtet wurde“, schreiben die Forscher um Charles Lieber von der Universität Harvard im Journal „PNAS“.

In den bisher eingesetzten Computerchips seien jeweils unterschiedlich strukturierte Schaltkreise (mit Transistoren als wichtigsten Bauteilen) für bestimmte Rechenaufgaben zuständig, erläutern die Forscher. Diese Spezialisierung habe den Nachteil, dass die Verdichtung der Transistoren irgendwann an ihre Grenzen stoße. Das kann man sich vereinfacht vorstellen wie bei einer Tüte, in die unterschiedlich große und geformte Objekte gepackt werden sollen – dabei entstehen zwangsläufig Lücken. Lieber und seine Kollegen verwendeten für ihre Konstruktion hingegen nur ein Schaltkreisdesign für verschiedene Rechenaufgaben – die Aufgaben bekomme das Bauteil erst durch Programmierung zugewiesen, erläutern die Autoren. Für das Beispiel der Tüte bedeutet das: Muss sie nur mit gleich gestalteten Objekten gefüllt werden, passen bei entsprechender Miniaturisierung mehr Objekte (Transistoren) hinein, weil die Lücken deutlich kleiner werden.

Dass ihr Prinzip funktioniert, zeigten die Forscher an sechs Feldern von Nanodrähten, die in einer Gitterstruktur angeordnet sind. Jeder Knotenpunkt des Gitters bildet einen Transistor. Zu drei Modulen mit insgesamt 180 Transistoren zusammengefasst, könne dieses Element alle grundlegenden Rechenoperationen ausführen. Die Module seien zudem so aufgebaut, dass sie in beliebiger Zahl hintereinandergeschaltet werden können, so die Forscher. Für die Schaltkreise verwendeten sie Drähte mit einem Kern aus Germanium und einer Hülle aus Silizium, die weniger als 20 Nanometer dick sind.