Forschung macht Informationstechnologie besser
Schnell wie ein Gecko: Kohlenstoff-Nanoröhren revolutionieren die IT

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Chips, die mit Carbon Nanotubes (CNT) – zu Deutsch Kohlenstoff-Nanoröhrchen – bestückt sind, werden extrem mächtige Systeme hervorbringen – die noch dazu weniger Energie verbrauchen als bisherige Chips.

Bleistifte im PC?

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Was haben Bleistifte, Diamanten und Computerspeicher mit einander gemeinsam? Es sieht so aus, als ob alle drei bald aus dem gleichen Grundmaterial hergestellt werden würden, nämlich Kohlenstoff.

Wir stehen kurz vor einem gewaltigen Umbruch bei der Computer-Hardware.

Im Laufe dieses Jahres werden ein paar wenige Anbieter, darunter ein amerikanischer Chip-Entwickler mit Namen Nantero, damit beginnen, Speichermodule im Standard-DIMM-Format (dual in-line memory modules – Dimms) anzubieten, die aus einem neuen Material hergestellt werden, das sich “Carbon-Nanotubes” nennt und manchmal auch als “Buckytubes” bezeichnet wird.

Falls Sie noch nie davon gehört haben: Diese Kohlenstoff-Röhrechen sind extrem winzige Zylinder aus Kohlenstoffatomen – sie sind um die 50.000 mal dünner als ein menschliches Haar.


Gecko-Haare im Chip

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Obwohl sie nicht in der Natur vorkommen, haben sie doch ähnliche Eigenschaften wie “Setae” – so nennt man die winzigen Härchen an den Füßen der Geckos (aus der Familie der Kletter-Echsen). Die Enden dieser Setae spalten sich in noch dünnere Fasern im Nanobereich auf, die als Spatel bezeichnet werden und so fein sind, dass sie mit fast allem, womit sie in Berührung kommen, Molekularbindungen eingehen. Diese Adhäsion macht es den Geckos möglich, an Wänden hochzuklettern oder von Fensterscheiben herunter zu hängen.

Carbon Nanotubes haben eine um die 200fach stärkere Adhäsionskraft wie die Fußhaare der Geckos, und ihre Eigenschaften als Halbleiter werden für die Herstellung von Speicherchips nutzbar gemacht. Vereinfacht kann man sagen, dass dies funktioniert, indem winzige Matten von Nanoröhren zwischen Siliziumklümpchen innerhalb eines Chips geschlungen werden, um sehr kleine brückenartige Strukturen zu bilden.

Diese Brücken hängen über einer anderen Siliziumschicht und können elektrisch so gesteuert werden, dass sie entweder über dem Siliziumgrund schweben oder nach unten hängen und ihn berühren. Wird der Grund berührt, bleiben sie dort kleben, sehr ähnlich, wie die Füße des Geckos am Untergrund haften bleiben. Diese binäre Aktion – wie ein Schalter in Minigröße – wird angewendet, um Speicherchips für Computer mit sehr interessanten Eigenschaften herzustellen. So können z.B. solche RAM-Chips ein Bit innerhalb einer halben Nanosekunde lesen oder schreiben. Die besten Speicher-Chips brauchen dafür heute rund 10 Nanosekunden.


Speicher-Refresh nicht mehr nötig

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Die Chips der Zukunft können zwar nicht die Wände hochgehen, aber ie können Informationen aufbewahren, ohne auf die nahezu ständigen elektrischen Auffrischungszyklen angewiesen zu sein, die mit den jetzigen DRAM-Technologien (Dynamic Random Access Memory) verbunden sind.

Dies könnte zu enormen Energieeinsparungen, verglichen mit den jetzigen Dimms, führen und zu Computern, die in den sofortigen Standby-Zustand wechseln und dort jahrelang verbleiben können, ohne auch nur eine Stromversorgung zu brauchen.

Im Jahr 2003 wären Sie für ein Gramm Carbon Nanotubes mit 20 bis 1000 Euros dabei gewesen, je nach Reinheitsgrad. Seitdem sind die Preise auf ein für viele Anwendungen akzeptables Niveau gefallen.

Es scheint also, dass die Voraussetzungen eine neue Klasse von Computerprozessoren, die Speicher-Chips mit extrem hoher Dichte verwenden können, gegeben sind. Dies wiederum bedeutet größere Speicher für mächtigere Server. Solche Chips hätten einen geringeren Energieverbrauch – was kühlere Rechenzentren bedeutet. Außerdem würden die Computer blitzartig hochfahren können, und das wäre wohl für jeden von Nutzen.