随着计算机全面进入纳米时代，工程师们发现想要遵循摩尔定律变得越来越难了。

1965 年，Intel创始人戈登·摩尔提出了提出了“摩尔定律”，即集成电路上可容纳的晶体管数量大约每隔 1-2 年便会增加一倍，性能也随之翻倍。

五十多年来，摩尔定律一直有效，但目前业界的预测是，未来 10-15 年，在进行三次技术升级后，芯片制造工艺将达到 5 纳米，这意味着单个晶体管栅极的长度将仅为10个原子大小。在此基础上继续突破几乎是不可能的——从技术上讲，你不可能造出单个原子大小的晶体管。

图丨研究人员想象出的单原子晶体管概念图

另外，因为考虑到生产成本，制造商们将不再有意愿继续改进制程工艺，因为目前的芯片计算能力基本可以满足需求。这一趋势其实在模拟芯片市场早就出现了，很多模拟芯片厂商还在使用五年前的工艺来生产产品。

而且，像移动设备中使用的 WiFi 芯片，开奖，28纳米的制程工艺已经足够好了，完全没必要花费大笔研发经费去升级到 10 纳米 CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺。

正因为上述这些原因，让近来关于摩尔定律即将失效的言论越来越盛行。使用了五十多年的硅基 CMOS 晶体管制造工艺，如果在未来无法找到可行的替代方案，我们或许真的会遭遇计算力瓶颈。

不过，好在科学界和产业界也都预计到了瓶颈期的临近，也试图寻找各种各样的办法，让摩尔定律继续有效。

这次，来自IBM的研究人员们找到了一种全新的芯片制造工艺，而且制造晶体管所使用的材料不再是硅，而是碳纳米管！研究成果一经公布，《Science》杂志官网甚至发文表示：IBM的科学家基于碳纳米管打造世界最小晶体管，难道“硅谷”终将变成“碳谷”？

图丨“硅谷”终将变成“碳谷”？

文归正题！来自 IBM 的研究人员刚刚公布了一种全新的晶体管制造方法：使用碳纳米管来替代传统的硅基 CMOS 工艺，题目为“Carbon nanotube transistors scaled to a 40-nanometer footprint”的研究报告也已发表于今天出版的《Science》杂志上。

其实，科学家们一直在对碳纳米管晶体管进行持续的探索——这是一种直径仅为 1 纳米，或十亿分之一米的管状纳米级石墨晶体。

但是，使用碳纳米管来替代传统硅基晶体管最大的难度在于，如果要达到理想的性能，碳纳米管截面直径要达到100 纳米左右，这比目前的硅晶体管要大得多。

图丨碳纳米管

为了减少这个数字，来自 IBM 托马斯J.沃森研究中心的研究团队使用了一种全新的技术来构建电流流入、流出的碳纳米管触点——使用钼金属来直接接驳碳纳米管端部，从而减小了体积。

同时，他们还添加了钴，使得这种连接在较低温度下也能生效。原理非常简单，由于热胀冷缩，低温能减小触点间的间隙。

研究中还解决了一个重要问题，那就是如何在触点间传输足够的电流。研究人员通过在相邻晶体管之间平行放置由数根碳纳米管组成的纳米线解决了该问题。

最终，整个晶体管的接脚面积被压缩到了40平方纳米。这个数字成为了“国际半导体技术发展路线图”（International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS）近十年来的新标杆。

而且在随后的测试表明，IBM研究团队开发碳纳米管晶体管比目前的硅晶体管速度更快、效率更高！

图丨ITRS是由世界上五个主要的半导体制造国家和地区的相关协会所资助的组织，其最新研究报告指出，晶体管将在2021年开始停止继续缩小。图中蓝色曲线为2013年的预测，红色曲线为2015年最新预测。