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DoSERV分析:芯片的前景 硅晶片只能再维持4年?

硅晶片在计算机领域过去的几十年当中取得了令人瞩目的增长,然而在未来的几十年,它却很难胜任芯片的小型化和节能需求,我们必须寻找心的材料。

硅晶片只能再维持4年

近日,在美国计算机学会举行的一次计算机研讨会上,很多专家都表示硅晶片在处理器上的应用已经时日无多。更有甚者,来自宾夕法尼亚州立大学的Suman Datta认为,传统的硅晶片只能维持4年的时间了。

从记者拿到的资料上看,很多专家指出,为了满足在更小的面积内放置更多的晶体管,硅电路日益小型化,到今天,已逐渐接近物理极限,从而最终对小型化的电子设备产生阻碍。漏电越来越严重,使得芯片无法有效保存数字信息。如果我们想当然的认为计算能力还将持续稳定增长,那么硅晶片将不得不被最新的技术所取代。

碳纳米管将取代硅晶片

在本届大会上,来自英国利兹大学的研究者们将对这项颇具前景的替代产品所取得的重要进展做出阐述。1991年首次发现的碳纳米管是仅有几纳米宽的纯碳线性管–这个宽度就相当于一个蛋白质分子的宽度,比一根人类的头发丝还要细好几万倍。因为它所具有的导电性,碳纳米管被认为是理想的制造电子线路的材料。

诸如晶体管这样的计算机电路的基本元素也是由个别的碳纳米管组成的。但是问题是如何将纳米管应用于电路模型。一个特别的难点就是纳米管是由金属线和半导体管的混合物组成的,但是某些特殊的组件只需要其中的一种。这些电子组件非常依赖纳米管中碳原子的精确排列,但是对于单独的纳米管进行测定是非常困难的。

利兹大学的Bryan Hickey和他的合作者们目前开发了一项可以解析单个纳米管结构的新技术,这项技术能以100纳米(相当于人类血细胞宽度的一小部分)的准确度在纳米管表面进行碳原子排列。纳米管布满穿孔的陶瓷栅格,通过电子显微镜来观察孔中分布的纳米管来推断他们的原子结构。然后研究者们使用类似小镊子的连个针形物在电子显微镜下来提取单个管再放到另外的平面上。

利兹研究团队的成员克里斯.艾伦表示:"使用这项技术,我们就能制造出多数方法所无法完成的复杂性碳纳米管设备"。

使用超导体推进计算能力

本届讨论会上大家还就克服硅晶片局限的方法进行了讨论。来自荷兰代夫特技术大学的Hans Mooij和位于美国科罗拉多州布尔德市的国家技术学院的雷蒙德.西蒙宣称超导体这种零电阻的导电材料能产生量子物理学的功率来大幅度的提升计算能力。

所谓的量子计算机是过去十年中物理界最热点的话题。他们尝试通过使用量子力学的反直觉原理而不是制造更小型的芯片来提升硅晶片的计算能力,这里理论通常被理解为物体在原子和亚原子微粒的状态下如何运转的。

晶体管的运作就像电灯开关在同步的进行"开"和"关"。在今天的传统计算机中"位"用1和0来记录二进制信息,而在量子计算机中量子位就相当于二进制位,它以1和0的重叠来存在。

Mooij表示制造量子计算机最大的挑战之一就是从两个量子位到三个量子位之间相互通信能力的推进。他们目前正在研究的方法如果能够完成将在提升计算能力方面别具优势。

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