一旦他们选定MoS2作为半导体材料,下一步就应该是建造栅极。结果证明,建造 1 纳米的结构是一个不小的成就。传统的光刻技术在这一比例下不能发挥良好作用,所以研究者转向了碳纳米管,这种空心圆柱管的直径同样小到 1 纳米。 随后,研究者测试了设备的电学性能,结果显示,MoS2晶体管加上碳纳米管栅极,能有效地控制电流。 “这一研究展示了世界上最短的晶体管”,UC Berkeley 大学电子工程与计算机科学的教授 Javey 说,“但是,这只是一种概念证明。我们还没有把这些晶体管放在芯片上,并且,我们也没有经过数十亿次尝试。我们也还没有制定自我对标的制造计划,用于减少设备中的寄生电阻”。 但是,这一研究的重要性在于,它说明我们的晶体管不再受 5 纳米栅极的限制。在一些半导体材料工程和设备架构上,摩尔定律还可以持续一段时间。 新技术仍然救不了摩尔定律 MIT Technology Review 的编辑 Jamie Condliffe 今日撰文指出,新的技术虽酷,但还是拯救不了摩尔定律。 原因是什么呢?当前芯片设计面对问题不是其他,而是物理本身。使用硅金属,无法制造出小于 7 纳米的逻辑门(半导体中通过开关控制电流走向的部分)。要是制造得小于 7 纳米,那么其中的电子就可能会产生一种叫做量子隧道的效应,也就是本来处于“关”状态的半导体自己突然变成“开”了。 这种现象为摩尔定律套上了理论的枷锁。现在,美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员表示,他们研发出世界上最小的、可以工作的半导体,使用纳米碳管和二硫化钼(MoS2)作为材料,制造出了 1 纳米的逻辑门——至少在理论上——意味着能在更小的空间上容纳更多的逻辑门,这是使用硅做材料绝对办不到的。 但是,Condliffe 指出,这也仅仅只是一个概念上的验证,距离切实可用的产品还有很长的距离。将研究中所描述的纳米管半导体制作成处理器,需要在单一的一块芯片上安置几十亿个这样的开关,而且让它们全都能正常运作。当然,Condliffe 评论称,这完全是有可能的,不过那样的芯片可能很贵很贵(“cripplingly expensive”),于是也就不切实际了。 中科院计算所计算机体系结构国家重点实验室研究员韩银和评论称,“纳米级的晶体管早就有了,但量产的成品率是个问题。没有成品率的技术只能算研究不算突破。” 事实上,芯片产业也已经开始着手准备应对晶体管不再缩小的现实。今年 7 月,由英特尔、AMD等公司组成的国际半导体技术发展路线图(International Technology Roadmap for Semiconductors,ITRS)发表最新报告指出,半导体体积到 2021 年将不再缩小。报告认为,atv直播,届时半导体厂商将面积缩小、放下更多晶体管的做法在经济上已经不划算,此后半导体厂商将关注 3D 芯片等其他新的技术增强计算力。 为此,。与此同时,GPU 巨头英伟达也在开发专门用于加速深度学习的处理器。 更加高性能的芯片也有利于在更低的计算机能源消耗下提升计算速度。微软和英特尔都在研究使用可重构的芯片,也就是所谓的FPGA 来更加高效地运行人工智能算法。日本的软银最近收购了英国的芯片厂家ARM。ARM在低功耗芯片上的成功很惊人,软银将使用这些芯片为日益增长的物联网硬件业务提供处理能力。 更低专用化的处理器将很可能会自身大小来提升计算能力。比如,芯片将会越来越多地使用多层、电路来提升晶体管的密度。或者,可能的话,会使用伯克利实验室的这项突破来缩小晶体管大小,达到同样的目的。 查看 Science 论文:
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