Die Präsentation von ARM des ersten vollständig in Kunststoff gebauten Prozessors öffnet die Türen zu neuen Märkten, in denen Silizium keinen Eintritt hat, und neue Einsatzmöglichkeiten, die bisher nicht möglich waren. In einer Welt, in der wir zum Internet der Dinge-Paradigma übergegangen sind, in der jedes Gerät mit dem anderen verbunden ist, ändert die Einführung von nicht-siliziumbasierten Prozessoren die Situation völlig. Ist es möglich zu erstellen? Hardware ohne Silikon ?
Silizium ist zweifelsohne das Grundelement für den Halbleiterbau und die gesamte aktuelle Halbleitertechnologie basiert darauf, Silizium-Ingots für die Herstellung neuer Chips zu nutzen, da dieses Material für diese Aufgabe hervorragende Eigenschaften besitzt. Aus diesem Grund können wir nicht erwarten, dass uns der Einsatz silikonfreier Elektronik überhaupt etwas bringt eine Leistung, die dem nahe kommt.
Es gibt jedoch Märkte, in denen der Einsatz von Chips, die ohne Silizium gebaut wurden, revolutionär zu sein verspricht und eine 180-Grad-Wendung nimmt, abgesehen davon, dass wir die Art und Weise, wie wir täglich interagieren, verändern. Es ist klar, dass Prozessoren, die auf siliziumfreier Elektronik basieren, eine Vielzahl von nützlichen Ausgängen haben. Betrachten wir daher einige Beispiele, die in den letzten Jahren entwickelt wurden.
Nanomagnetische Logik und Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Einer der Schlüssel zur Verwendung anderer Materialien als Silizium besteht darin, die Verwendung elektrischer Signale durch alternative Formen zu ersetzen. Einer von ihnen ist nanomagnetisch Logik, die auf der Verwendung von Nanomagnete wo es möglich ist, Prozessoren mit anderen Metallen als Silizium zu bauen. Da kein elektrischer Strom verbraucht würde, arbeiten diese Prozessoren mit sehr geringem Verbrauch und würden es ermöglichen, sie dort einzusetzen, wo die Abhängigkeit von Energie zum Betrieb des Prozessors kein Problem mehr wäre.
Eine andere Lösung sind Kohlenstoffnanoröhren, die auf der Verwendung von Graphenmolekülen basieren, die die Besonderheit haben, als Halbleitermaterial wie Silizium verwendet werden zu können und daher das Material mit den meisten Aussichten in Bezug auf Silikon ersetzen. Zur Zeit ist noch kein kommerzieller Verarbeiter angekündigt und somit für den Massenmarkt. Graphen wird jedoch als Material angesehen, das einige der inhärenten Probleme von Silizium lösen soll, und wird eher als Zukunfts- und Ersatzmaterial denn als Alternative angesehen.
Kunststoff- und silikonfreie Mikrocontroller
Im Juli 2021 präsentierte ARM, was sie nannten KunststoffARM , der erste vollständig in Kunststoff gebaute Prozessor in der Geschichte und nein, stellen Sie sich nicht einmal etwas Vergleichbares selbst mit einer Low-End-Smartphone-APU vor, da es sich um einen sehr rudimentären Single-Core-Mikrocontroller mit einem 32-Bit-Kern auf Basis der ISA-ARMv7 , 128 Bytes von RAM und 456 Bytes ROM, dies ist eine Implementierung des Cortex M0. Natürlich mit einer sehr bescheidenen Geschwindigkeit von 20 kHz , also gibt es einen großen Verbesserungsspielraum, obwohl wir die Art des verwendeten Materials berücksichtigen, und das heißt, dass Kunststoff nicht genau als leitfähiges Element des Stroms bekannt ist.
Was ist sein Hauptvorteil? Sie sind im Vergleich zu einem herkömmlichen Chip sehr günstig herzustellen. Und was nützt das? Nun, viele können wir zum Beispiel in den Lebensmittelbehälter legen und mit kleinen Sensoren kombinieren, die jederzeit vor dem Zustand des Lebensmittels warnen und dies wäre nicht der einzige Nutzen, da es auch dazu dienen würde, Informationen wie z B. seine chemische Zusammensetzung, seinen Nährstoffbeitrag oder sogar seine Allergene. Und die Sache beschränkt sich nicht nur auf das Essen, sondern auch auf das, was Kleidung ist. Haben Sie das Etikett Ihres Lieblingskleidungsstücks weggeworfen und beim Waschen ein Durcheinander hinterlassen? Machen Sie sich keine Sorgen, denn Sie können die Informationen erneut überprüfen.
Ein weiterer Nutzen wäre die Konstruktion von Karten und/oder Karten in Brettspielen, bei denen jedes Element, das einen dieser silikonfreien Mikrocontroller aufweist, direkt mit anderen Karten oder sogar mit dem Spielbrett interagieren könnte. Wir können sogar Merchandising- und Werbeelemente mit dieser Art von integrierten Chips finden, die mit anderen Geräten interagieren. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie kaufen ein fertiges Produkt, bei dem Sie nur den Mikrocontroller aus Kunststoff mit dem Ofen kommunizieren müssen und dieser direkt konfiguriert wird. Wie Sie sehen können, gibt es viele Dienstprogramme und sicherlich ist die überwiegende Mehrheit noch in der Pipeline.
Glas, optische Schnittstellen und „silikonfreie Hardware“
Wir werden hier schummeln, da Glas teilweise aus Silizium besteht. Wenn wir von siliziumfreien Prozessoren oder Hardware sprechen, beziehen wir uns auf solche, die nicht aus gereinigten Siliziumbarren bestehen, daher fällt Glas in diese Kategorie. Wir haben das Beispiel der IonQ Unternehmen, dem es gelungen ist, mit diesem Material Grundelemente für den Bau von Prozessoren zu entwickeln.
Wir haben bereits gesagt, dass das große Problem bei der Weiterentwicklung der Hardware heute in den Energiekosten der Datenbewegung liegt. Ein Problem, das uns auf Heim-PC-Ebene nicht betrifft, aber es ist das Schreckgespenst zukünftiger Designs in den leistungsstärksten Supercomputern. Wie kann man das Verbrauchsproblem lindern und die Leistung steigern? Die Verwendung optischer Schnittstellen, bei denen anstelle von Elektronen Photonen verwendet werden, um Informationen zu übertragen.
Das Problem ist, dass die Konstruktion einer Glasstruktur viel teurer und weniger flexibel ist als eine aus Kunststoff. Und vorerst außerhalb von Schnittstellen, um Grafikkarten über große Entfernungen zu verbinden oder für Bau- und Interposer auf dem Massenmarkt scheint keine Nachfrage nach siliziumfreien Hochgeschwindigkeitsschnittstellen zu bestehen. Vergessen wir nicht, dass der Einsatz von Prozessoren, die auf mehreren Chips auf einem Interposer basieren, nicht das tägliche Brot ist und es daher einige Zeit dauern wird, Glasinterposer zu sehen und sicherlich in Produkten mit einer sehr begrenzten Auflage oder für sehr spezialisierte Märkte.
