ムーアの法則を救うのは真空管かもしれない

taraiok 曰く、

トランジスタは現在生産技術の限界から行き詰まりを見せている。しかし、NASAの研究者たちは、再びトランジスタを加速させる手法を発見したという。それはなんとコンピューターの初期に使われていた「真空管」技術を使ったものらしい（HOTHARDWARE、IEEE Spectrum、Slashdot）。

NASAのAmes Research Centerで開発されているのは、真空チャネルトランジスタ（vacuum-channel transistor）というもの。伝統的な真空管技術と最新の半導体製造技術を組み合わせたもので、小型かつ安価な装置として製造することができるという。まだ初期の研究段階にあるが、460GHzのクロックで動作するシリコンの作成に成功。また真空管と同じく熱や放射線に対しても強いとされる。

IEEE Spectrumの記事によると、真空チャネルトランジスタは、半導体電界効果トランジスタもしくはMOSFETに類似した構造であるようだ。また長年課題となっている赤外電磁スペクトルで谷間になっているテラヘルツギャップを埋めることができる技術に繋がるかもしれないとのこと。

同期できんの？

[Anonymous Coward]

光の速さを秒速30万キロとすると1GHzで30cmだから、
460GHzだと1mm以下なんだけど
プロセッサ内部も非同期前提で作るのかな

Re:同期できんの？

[505 (12538)]

パイプライン1段分の回路だけ1mm以内に配置すれば！

Re:

[Anonymous Coward]

とうとうプロセッサ内部にもシリアル化の流れが来るとか？

Re:

[Anonymous Coward]

プロセッサ内部の非同期化とシリアル化は同じ概念？下手すると、シリアル化で遅くならない？

Re:

[Anonymous Coward]

内部が460GHzで動いていれば、外部には100分の1で4.6GHzになったとしても十分早い気が。

Re:

[Anonymous Coward]

信号が切り替わる時ってクロックよりずっと高い周波数成分が入ってるんじゃないの?
1GHzの信号を1GHz上限のアンプに入れたら正弦波しか正常には出せなくなっちゃわない?

Re:

[Anonymous Coward]

ツールが配線遅延も考慮して回路にしてくれるので大丈夫だと思います。
//各FFが同期してないとも言えるかもしれませんが

Re:

[Anonymous Coward]

昔のPC雑誌にはクロックと光速を持ち出して、GHzクラスのCPUなんてできない的な事を書いてましたね。
パソ通でもそういう事言う人を良く見かけた。

Re:

[Anonymous Coward]

まさにクラークの第一法則

Re:

[Anonymous Coward]

トランジスタも509GHz実現してて素子単体とプロセッサとしてのクロックは別の話じゃない？ http://srad.jp/story/03/11/10/0729250/%E3% [srad.jp]

HOTHARDWAREの斜め読み

[dyingdeer (31721)]

この技術のキモは、素子サイズを小さくして、熱電子放出ではなく電界電子放出（field electron emission）を利用すること。

すると、真空管の以下のデメリットを解消することができる。

• 電極を加熱しておかなければならないので、エネルギー効率が悪い
• 電子と気体分子の衝突を避けるために真空を維持する必要がある
• 電子と気体分子が衝突すると、分子がイオン化して電極を叩く。これにより電極が損耗または破壊される

なぜなら、

• 電界電子放出なので、加熱は必要ない
• 電極間隔を200nm程度以下にすると、大気圧下の電子の平均自由行程を下回るので、大気圧下でも利用可能
• 大気中ではなくヘリウム雰囲気中で使えば、ヘリウムのイオン化エネルギーより低いエネルギーで電子を飛ばせる。つまりガスのイオン化は無い

# キヤノンSEDの夢、ふたたび？

Re:HOTHARDWAREの斜め読み

[Anonymous Coward]

>ヘリウム雰囲気中で使えば、ヘリウムのイオン化エネルギーより低いエネルギーで電子を飛ばせる。

ここは本文の言いたいこととちょっと違う。
ヘリウム雰囲気下で使うのはあくまでも平均自由行程を長くするため。
で、ナノギャップ化することで（ヘリウムに限らず）加速電圧を十分低くできれば、イオン衝撃を減らせて長寿命化できるよ、という別々の話。
元の文章だと先にヘリウムの話をして、次にイオン衝撃の話をヘリウムを例にとって書いてるんで勘違いしたのかも知れないけど。

Re:HOTHARDWAREの斜め読み

[the.ACount (31144)]

考えてみれば、真空管の問題は小さく作れない事だったんだよなー
ナノテクがある現在では問題なしだね。

--
the.ACount

Re:

[Anonymous Coward]

http://www.gizmag.com/nasa-vacuum-channel-transistor/22626/ [gizmag.com]
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/100/21/10.1063/1.4717751 [aip.org]
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2012-05/aiop-rot051812.php [eurekalert.org]

どうも、今回の記事で使われている数字が2年前から全く変わっ

Re:

[Anonymous Coward]

ということは真空管だけど真空でなくてもいい管？

Re:HOTHARDWAREの斜め読み

[dyingdeer (31721)]

平均自由行程が十分長くなる真空中であれば、電極から電極まで電子が気体分子と衝突しないで到達します。
でも大気中であっても、素子を微細化して電極間隔を平均自由行程より短くできれば、やはり電子は気体分子と衝突せず、結局真空と同じことです（今回の話）。
つまり重要なのは電子の感じる真空感です。

Re:

[Anonymous Coward]

気体分子の息吹を感じていれば防げるはずの衝突だったってことだな

Re:

[Anonymous Coward]

正確には真空でなくても管でなくてもいい何か。

Re:

[Anonymous Coward]

ひめたんビームとか出ますか？

Re:

[Anonymous Coward]

エアギャップを必要とするデバイスはプレーナー・プロセスと相性が悪い
微細化・高密度化したLSIで、空間を保ったまま素子に蓋をしてその上に配線を積み重ねるなんてやってられない
特殊用途のデバイスには良いかもしれないがメインストリームにはなれないだろう
＃電界電子放出型の高リニアリティ／低歪デバイスなんてオーディオマニア向けには良さそう

Re:

[Anonymous Coward]

そういえば、このあたりの技術 [srad.jp]はどうなったんだろう。

Re:

[Anonymous Coward]

集積度の低いMEMSデバイスなどでは普通に空洞作ったりしますが、ロジックデバイスで真空／エアギャップを使ったものが製品化されたという話はまだ聞かないですね
空間を作る一番簡単な方法は埋め込んだものを後からウェット・エッチで溶かしてしまうことですが、非常に微細化した構造は液体の表面張力で壊れたりするので難しいところがあります

Re:HOTHARDWAREの斜め読み

[Anonymous Coward]

>後からウェット・エッチで溶かして
この部分に何か反応した

Re:

[Anonymous Coward]

もう発表になってるから、もうすぐエアギャップ素子分離を採用した製品が出回るよ。
それもものすごく身近な素子に使われてる。

一方日本は

[AnamesonCraft (46460)]

パラメトロンを研究していた。 [nii.ac.jp]

Re:

[Anonymous Coward]

真空管のように復活する可能性はあるのでしょうか？

日本のもの、って言っちゃうから、それを高く評価する場合でも低く評価する場合でも、
右翼だ左翼だ国益だ愛国心だ売国だ反日だ、との騒ぎになっちゃうわけですが、
純粋に技術的にはどうなのでしょうか？

Re:

[Anonymous Coward]

自己紹介乙

Re:

[Anonymous Coward]

パラメトロンで右だの左だの言い出す奴は初めて見たｗ

Re:

[Anonymous Coward]

CPU関連はIntelのイスラエルチームの存在からか、左右よりユダヤの陰謀系が強いですね。
左右(というより親米反米?)が出てくるのはTRON。

Re:

[Anonymous Coward]

磁束量子パラメトロンの研究はされていましたが、いくら高速であっても集積度が低ければ競争力のある製品にはならないでしょうね（ジョセフソン素子も同様）

Re:一方日本は

[AnamesonCraft (46460)]

21世紀のスーパーコンピュータは体育館ほどのフロア一面に敷き詰められた液体ヘリウム入りのデュワー瓶の中に収められた超電導素子とそこから伸びる配線の間を宇宙服みたいな気密服を着たメンテナがメンテナンスのために歩いてる的な光景を90年頃に想像したんだけどねえ。未だにシリコン半導体って…。(´・ω・`)

発熱

[Anonymous Coward]

まああれだけ発熱してればヒーター要らずの極小真空管を形成できるよね。
そういう事じゃない？

Re:

[Anonymous Coward]

460GHzともなれば
温ったかいんだろーなー

Re:

[Anonymous Coward]

テレビ裏の、ホコリの焦げた？ような匂いが懐かしい。

OR

[Anonymous Coward]

A vacuum-channel transistor closely resembles an ordinary metal-oxide semiconductor field-effect transistor or MOSFET

×真空チャネルトランジスタは、半導体電界効果トランジスタもしくはMOSFETに類似した構造
○真空チャネルトランジスタは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）に類似した構造

金属酸化膜半導体(Metal-Oxide-Semiconductor)電界効果トランジスタ(Field-Effect Transistor) = MOSFET

# 冗長なので、タレコミ中ではMOSFETだけでもいいと思う。

Re:OR

[Hamo73 (35938)]

タレコミがあった時点でコメントで指摘 [srad.jp]しておいたんですけどね。伝わらなかったようです。

Re:

[Anonymous Coward]

hylomだから仕方ない。
＃なんで止めないのかなぁ。

Re:

[Anonymous Coward]

IEEE Spectrumの記事には、なぜoxideとsemiconductorのあいだにハイフンがないのだろう。

SEDとか

[Anonymous Coward]

真空管にみたいなもんだからなあ。
表示機に使えないなら真空管のLSIとして使うとか。

時定数CRが減少しない？

[Anonymous Coward]

日本でも10年以上前に聞いたような気が...
寄生抵抗，寄生容量の時定数CRが微細化によって減少しなくてこの先難しいと言ってたような気がします．

次は

[Anonymous Coward]

ナノサイズの歯車を使ったディファレンスエンジンですね。

Re:次は

[SteppingWind (2654)]

つMEMS [wikipedia.org]

核攻撃にも強くなる？

[Anonymous Coward]

ミグ２５って核爆発で起きる電磁波に耐性を持たせるために、トランジスターは使わず真空管をつかってたんだっけ？そういえば、小さい真空管をぎっしりつめこんだ集積真空管で動くコンピュータのネタをどこかの漫画で読んだ覚えがあるんだけど、思い出せない…

Re:核攻撃にも強くなる？

[minemo (41273)]

そういう話もあるし、60年代の機体だから信頼性から真空管を使ったってのもあるよね

Re:

[Anonymous Coward]

そういう説もあるけど、ソ連の半導体技術がしょぼかったっていうのが本当の所なんじゃないのか。

バキュームトランジスタはあります！

[saratoga (23467)]

てなことにならなきゃいいですね。
> 460GHzのクロックで動作するシリコンの作成に成功。
慎重な言い回しですが、リングオシレータで460GHzを発振できたわけではなさそう。何ができるのか見極めてからかな。評価するのは。

メモリスタ

[Anonymous Coward]

メモリスタ(Memristor) [wikipedia.org]ってどうですか。
HPがMemristorで記憶階層を統一するMachineを発表 [geocities.jp]

Re:

[Anonymous Coward]

もういい加減スラドを高尚なイメージで語るのやめてくれないかな。