นักวิจัยจาก Penn State ได้สร้างคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลกที่ใช้วัสดุ 2D แทนซิลิกอน โดยสร้างอุปกรณ์ที่ทำงานที่ 25 กิโลเฮิรตซ์ แม้ว่านี่จะเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการก้าวข้ามเทคโนโลยีซิลิกอน แต่ชุมชนเทคโนโลยีกำลังหารือกันอย่างกระตือรือร้นเกี่ยวกับทั้งศักยภาพและข้อจำกัดในปัจจุบัน
ทีมวิจัยใช้โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์และทังสเตนไดเซเลไนด์ ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความหนาเพียงหนึ่งอะตอม เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานได้ วัสดุเหล่านี้ยังคงคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์แม้ในความหนาระดับอะตอม ซึ่งแตกต่างจากซิลิกอนที่จะเสื่อมสภาพเมื่อมีขนาดเล็กลง
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคที่สำคัญ:
- ความถี่ในการทำงาน: สูงสุด 25 kHz
- แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน: ต่ำกว่า 3V
- จำนวนทรานซิสเตอร์: มากกว่า 1,000 ตัวในแต่ละประเภท (n-type และ p-type)
- วัสดุที่ใช้: Molybdenum disulfide (n-type), Tungsten diselenide (p-type)
- สถาปัตยกรรม: CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)
- วิธีการผลิต: Metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD)
 |
|---|
| ข่าวด่วน: ความก้าวหน้าครั้งสำคัญกับคอมพิวเตอร์ 2D ที่ไม่ใช้ซิลิกอนเครื่องแรกของโลกที่พัฒนาโดยนักวิจัย Penn State |
คำถามเรื่องประสิทธิภาพครองใจการตอบสนองในช่วงแรก
ความถี่การทำงาน 25 กิโลเฮิรตซ์ได้กลายเป็นจุดสนใจหลักของการอภิปรายในชุมชน ผู้ที่สนใจเทคโนโลยีกำลังตั้งคำถามว่าข้อจำกัดด้านความเร็วนี้เป็นเรื่องพื้นฐานหรือเป็นเพียงผลจากการพัฒนาในช่วงแรก เอกสารงานวิจัยระบุว่าพาราซิติกแคปาซิแตนซ์เป็นข้อจำกัดหลัก ซึ่งบ่งชี้ว่าการปรับปรุงกระบวนการอาจเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมีนัยสำคัญ
เนื่องจากแคปาซิแตนซ์ขยายตามพื้นที่ในวัสดุ 2D การทำให้ส่วนประกอบมีขนาดเล็กลงเพียงอย่างเดียวก็สามารถลดผลกระทบแบบพาราซิติกเหล่านี้ได้อย่างมาก สิ่งนี้ให้ความหวังว่าเวอร์ชันในอนาคตอาจทำงานได้เร็วกว่าต้นแบบเริ่มแรกนี้มาก
การเลือกใช้วัสดุทำให้เกิดข้อกังวลในทางปฏิบัติ
การใช้โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์และทังสเตนไดเซเลไนด์ได้จุดประกายการถ่าเถียงเกี่ยวกับต้นทุนและความซับซ้อนในการผลิต สมาชิกในชุมชนบางคนชี้ให้เห็นว่าทังสเตนมีราคาแพงกว่าซิลิกอนอย่างมาก แม้ว่าคนอื่น ๆ จะโต้แย้งว่าปริมาณเล็กน้อยที่ใช้ในชิปคอมพิวเตอร์ทำให้ต้นทุนไม่ค่อยเกี่ยวข้อง
น่าสนใจที่โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์เป็นที่รู้จักกันดีในฐานะสารหล่อลื่นสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวัน ประสิทธิภาพของมันในฐานะสารหล่อลื่นมาจากคุณสมบัติเดียวกันที่ทำให้มันมีประโยชน์สำหรับอิเล็กทรอนิกส์ คือสามารถแยกออกเป็นชั้น 2D ได้ง่าย
การเปรียบเทียบไทม์ไลน์การพัฒนา
ทีมวิจัยเน้นย้ำว่าวัสดุ 2D ได้รับการศึกษาอย่างจริงจังเพียงตั้งแต่ประมาณปี 2010 เมื่อเทียบกับประวัติการพัฒนา 80 ปีของซิลิกอน มุมมองนี้ได้รับการตอบสนองจากชุมชนเทคโนโลยี เนื่องจากหลายคนตระหนักว่าคอมพิวเตอร์ซิลิกอนในยุคแรก ๆ ก็ช้าและมีข้อจำกัดเมื่อเทียบกับโปรเซสเซอร์ในปัจจุบัน
เทคโนโลยีซิลิกอนได้รับการพัฒนามาประมาณ 80 ปี แต่การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุ 2D ค่อนข้างใหม่ โดยเริ่มขึ้นจริง ๆ ประมาณปี 2010
ทีมได้สร้างคอมพิวเตอร์ของพวกเขาโดยใช้ทรานซิสเตอร์แต่ละประเภทกว่า 1,000 ตัว แสดงให้เห็นว่าแนวทางนี้สามารถขยายขนาดได้เกินกว่าวงจรพิสูจน์แนวคิดง่าย ๆ
การเปรียบเทียบไทม์ไลน์การพัฒนา:
- การพัฒนาเทคโนโลยี Silicon : ประมาณ 80 ปี (ตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1940)
- การวิจัยวัสดุ 2D : ประมาณ 15 ปี (ตั้งแต่ปี 2010)
- ข้อจำกัดปัจจุบัน: Parasitic capacitance ที่จำกัดความเร็ว
- ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพ: ความถี่ต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับวงจร silicon CMOS
การประยุกต์ใช้ในอนาคตและการคาดเดา
การอภิปรายในชุมชนมีตั้งแต่การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติไปจนถึงสถานการณ์แนวนิยายวิทยาศาสตร์ บางคนแนะนำว่าวัสดุเหล่านี้อาจมีประโยชน์สำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่น ดาวศุกร์ เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูง คนอื่น ๆ สงสัยเกี่ยวกับการรวมเข้ากับเทคโนโลยีใหม่ ๆ เช่นการคำนวณด้วยแสง
การวิจัยนี้แสดงถึงมากกว่าเพียงความสำเร็จทางเทคนิค มันเปิดความเป็นไปได้ใหม่สำหรับอิเล็กทรอนิกส์ที่บางกว่าและประหยัดพลังงานมากกว่า แม้ว่าความเร็ว 25 กิโลเฮิรตซ์ในปัจจุบันจะดูช้าตามมาตรฐานสมัยใหม่ แต่ความก้าวหน้าพื้นฐานในการสร้างคอมพิวเตอร์ที่ไม่ใช่ซิลิกอนที่ใช้งานได้ถือเป็นก้าวสำคัญไปสู่การกระจายเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์
ไทม์ไลน์การพัฒนาสำหรับคอมพิวเตอร์ 2D ในทางปฏิบัติยังคงไม่แน่นอน แต่การวิจัยนี้ให้รากฐานที่มั่นคงสำหรับการปรับปรุงในอนาคตทั้งในด้านความเร็วและกระบวนการผลิต