Skromný začátek nové počítačové éry, nebo jen slepá ulička? Skupina vědců ze Stanfordovy univerzity představila v časopise Nature počítač vytvořený z materiálu z uhlíku (práce je po zaplacení dostupná zde). Mohl by otevřít cestu k podstatně výkonnějším a úspornějším výpočetním strojů v době, kdy křemíkové technologii na pohled začíná docházet dech.
Možných výhod uhlíkových počítačů je řada. Mohou být teoreticky o řád (tj. nejméně desetkrát) rychlejší než jejich křemíkoví bratranci a spotřebovávat méně energie. Byl by to výrazný posun v počítačových technologiích s dopady, které si dnes nedokážeme ani pořádně představit. Zatím jsme se ovšem k této revoluci posouvali hodně pomalu.
Jak zabavit dvě generace studentů
Základem nového počítače jsou tzv. uhlíkové nanotrubičky (Wikipedie zde). To jsou v podstatě malé válečky, tvořené někdy jen jedinou vrstvou uhlíkových atomů. Mají mikroskopické rozměry, délku obvykle v miliontinách metru, průměr v miliardtinách, ale rozpětí jejich velikostí je poměrně velké.
Základní součástky pro stavbu počítačů, tedy tranzistory, byly z uhlíkových nanotrubiček vytvořeny před celými 15 lety, už v roce 1998. Tehdy se mnohým zdálo, že nová rodina počítačů je prakticky za dveřmi. Ale nanotrubičky se nejen těžko vyrábějí, ale špatně se s nimi i zachází. Dopravit tyto mikroskopické částečky na určené místo je velmi obtížné. Navíc se mohou například snadno "vysmýknout" ze svého místa a zkratovat okruh, ve kterém mají fungovat.
Nyní představený úspěch skupiny vedené Philipem Wongem a Subhasishem Mitrou ze Stanfordovy univerzity problémy s prací s nanotrubičkami do jisté míry obchází. Počítač je vlastně nápaditá ukázka toho, jak s uhlíkovými nanotrubičkami pracovat jednoduše, říká Otakar Frank z Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského.
Uhlíkový počítač na kolorovaném a upraveném snímku z elektronového mikroskopu.
"Autoři použili pro každý tranzistor 10 až 200 nanotrubiček. Vlastně všechny postupy, které využili, už jsou známé, oni je 'jen' zkombinovali a vytvořili funkční počítač, který je navíc možno zvětšovat a provozovat s celkem běžně dostupnými technologiemi," vysvětluje český vědec.
Zvolený postup vychází do značné míry z dnes používaných metod výroby počítačů (např. litografie). Ani tak to nešlo snadno (ono vytvořit počítač doslova od základu není žádná hračka). "Strávili jsme s tím ohromné množství času. Vlastně na tom pracovaly dvě generace studentů," řekl Philip Wong pro New York Times.
Strojek na odečítání
Výsledek není zrovna velkolepý. Je to jen jednoduchý přístroj s necelými dvěma stovkami tranzistorů z uhlíkových nanotrubiček Je to také pouze jednobitový počítač (zjednodušeně řečeno "vyplivne" najednou jen jednu jedničku nebo nulu). Doma dnes používáte buď 32bitové, nebo 64bitové stroje.
Funkce počítače v tuto chvíli nejsou nijak složité. Provádí jednoduchý odečet jedné hodnoty od druhé a výsledek pak uloží do paměti. Na pohled to není mnoho, ale počítače v podstatě nic jiného nepotřebují. V tomto konkrétním příkladě by však počítání jakéhokoliv složitějšího výpočtu trvalo opravdu dlouho. Konkurenceschopný by byl, kdyby vznikl zhruba v roce 1955, napsal k němu v komentáři v časopisu Nature Franz Kreupel z univerzity v Mnichově. (Je to o to případnější, že využívá jen prvky s PMOS logikou, která se v počítačích používala jen zhruba do 70. let, V tomto případě byla zvolena proto, aby byla výroba jednoduší a nebylo tolik zmetků.)
I když je tedy první uhlíkový počítač o mnoho řádu slabší než mobilní telefony, určitě má svůj smysl. Nejen vědecký, ale i symbolický: "Už dlouho se mluví o tom, že nanotechnologie postavené na uhlíku mohou, budou, dokážou ..., ale z valné většiny šlo právě o ty vypiplané jednotlivé laboratorní tranzistory, které mají do praxe hodně daleko", říká Otakar Frank.
Neznamená to, že by měly uhlíkové počítače náhle vyhráno. Počítač ze Stanfordovy univerzity totiž zatím nenabízí přímou cestou k nějaké výrobě dokonalejších strojů. "Otázkou totiž je, zda právě tento technologicky jednoduchý a s prominutím 'blbuvzdorný' proces vůbec již v principu umožňuje zmenšení na stávající křemíkovou úroveň," říká Otakar Frank. Jistota tedy není, ale alespoň je tu konečně hmatatelná naděje.
Oprava: Článek původně mylně uváděl, že počítač používá technologii výroby integrovaných obvodů známou jako CMOS, ve skutečnosti je v něm použita starší technologii PMOS. Ta má řadu nevýhod, ale počet výrobních kroků je nižší a proto je nižší i chybovost ve výrobě. Za chybu se omlouváme.
