מעבדים במהירות 1 טרה-הרץ

חוקרים מהמכון הטכנולוגי במסצ'וסטס גילו כי ניתן לייצר מעבדים מחומר ייחודי העשויים להגיע למהירויות של 500 ואפילו 1000 גיגה-הרץ.

בשנים האחרונות המנדסים של חברות השבבים ניסו להגביר את תדרי העבודה של מיקרו-מעבדים על מנת לייצר מחשבים מהירים יותר. אך שבבי הסילקון מיאנו לחצות את קו ה-5 גיגה-הרץ ללא שימוש באמצעים בלתי קונבנציונאליים. ממצאים חדשים ממחקר שנערך באוניברסיטת MIT עשויים להוביל את הדרך למיקרו-מעבדים היכולים לפעול בקצב עבודה של עד 1000 גיגה-הרץ.

המפתח לשבבים מהירים אלו טמון בחומר אשר נקרא 'גראפן' (Graphene), שמהווה צורה מסויימת של פחמן טהור במבנה של חלת דבש ובעובי של אטום בודד. הוא נתגלה ב-2004, ומאז נבדק על ידי מדענים ממוסדות מחקר שונים לגבי השימושים השונים שניתן לעשות בו. בעבר, חוקרים במוסדות אחרים עשו שימוש בשכבה אחת העשויה אטומי פחמן על מנת ליצור אב-טיפוס של טרנזיסטור או התקנים פשוטים אחרים, אך התוצאות האחרונות שמגיעות מ-MIT יכולות לשפוך אור על מגוון רחב של יישומים.

החוקרים הצליחו לבנות שבב ניסויי עשוי 'גראפן' אשר מסוגל לקבל אות חשמלי בתדר מסויים – למשל מהירות שעון הקובעת כמה מהר שבב מסויים יכול לערוך את החישובים המוטלים עליו – וליצור אות אשר מהווה מכפלה של אותו תדר. במקרה זה, שבב הגראפן מסוגל להכפיל את התדר של אות אלקטרומגנטי. כיום נעשה שימוש נרחב למדי במכפילי תדרים, אך מערכות שעושות זאת מספקות אותות "רועשים" הדורשים סינון, דבר הגוזל אנרגיה רבה. מנגד, מערכת מבוססת 'גראפן' בנויה מטרנזיסטור יחיד והיא מפיקה, בצורה יעילה למדי, אות נקי אשר אינו דורש סינון.

בפיזיקה של ימינו, 'גראפן' מהווה נושא מרתק מאין כמותו. הוא מהווה את החומר החזק ביותר שאיי פעם נתגלה, כמו גם ניחן במספר גדול של מאפיינים חשמליים כמו "ניידות", תכונה אשר מתארת את הקלות בה אלקטרונים מסוגלים לנוע בתוך חומר, אשר מהווה מאפיין מפתח בהנדסת חשמל. בגראפן, ניידות האלקטרונים היא פי מאה מניידות האלקטרונים בסיליקון, החומר הסטנדרטי לייצור שבבי מחשב.

כיום, תהליך ייצור החומר אינו יעיל בהפקת כמויות משמעותיות, מה שמצריך מציאת שיטה לייצור כמות מספקת של החומר לשימוש מסחרי. לאחרונה החוקרים פיתחו שיטה לייצור וואפרים שלמים של 'גרפאן', מה שיאפשר שימוש מעשי בחומר בתעשיית האלקטרוניקה. כיום החוקרים עומלים על מציאת שיטה להתקנת מכפילי התדרים שנזכרים לעיל על וואפרים עשויים 'גראפן'.

אף על פי שמירב העבודה כיום נעשית בעיקר במעבדות MIT, החוקרים טוענים שמרבית המחקר מבוסס על טכנולוגיית עיבוד שבבי סטנדרטית, והם סבורים שעל מנת להגיע לשלב ההפצה המסחרית, יידרשו בין שנה לשנתיים של עבודה. לדבריהם של החוקרים, מספר גורמים צבאיים ופדרליים הביעו התעניינות במחקר החדש, כמו גם מספר יצרניות שבבים גדולות.