3D碳纳米管计算机芯片问世

2015年09月22日  来源： 科技日报

    碳纳米管使存储器和处理器能采用三维方式堆叠在一起，从而大幅提高了芯片的运行速度。

    美国研究人员表示，他们使用碳纳米管替代硅为原料，让存储器和处理器采用三维方式堆叠在一起，降低了数据在两者之间的时间，从而大幅提高了计算机芯片的处理速度，运用此方法研制出的3D芯片的运行速度有可能达到目前芯片的1000倍。

    研究人员之一、斯坦福大学电子工程学博士候选人马克斯·夏拉克尔解释道，阻碍计算机运行速度的“拦路虎”在于，数据在处理器和存储器之间来回切换耗费了大量的时间和能量。然而，解决这个问题非常需要技巧。存储器和中央处理器（CPU）不能放在同一块晶圆上，因为硅基晶圆必须被加热到1000摄氏度左右；而硬件中的很多金属原件在此高温下就被融化了。

    为此，夏拉克尔和导师萨布哈斯·米特拉等人将目光投向了碳纳米管。夏拉克尔说，碳纳米管具有重量轻、六边形结构连接完美的特点，能在低温下处理，与传统晶体管相比，其体积更小，传导性更强，并能支持快速开关，因此其性能和能耗表现远远好于传统硅材料。

    但利用碳纳米管制造芯片并非易事。首先，碳纳米管的生长方式非常不好控制；其次，存在的少量金属性碳纳米管会损害整个芯片的性能。研究人员想方设法解决了这些问题，并于2013年制造出全球首台碳纳米管计算机。然而，这台计算机既慢又笨重，且只有几个晶体管。

    现在，研究人员更进了一步，研发了一种让存储器和晶体管层层堆积的方法，新的3D设计方法大幅降低了数据在晶体管和存储器之间来回的“通勤”时间，新结构的计算速度为现有芯片的1000倍。而且，该研究团队还利用芯片新架构，研制出了多个传感器晶圆，可用于探测红外线、特定化学物质等。接下来，他们打算对这套系统进行升级，制造更大更复杂的芯片。（记者刘霞）

    总编辑圈点

    电子元件的进化历程从未停止，它们变得越来越小、越来越强大，同时越来越廉价，与此同时，科学家从来没有停止过对于速度的追求。两年前的秋天，斯坦福大学的一个科研团队开发出世界上第一台基于碳纳米管制造的计算机，迈出了挑战“硅芯片”计算机制造主流材料的第一步；两年后的今天，科学家让这款芯片成为时髦的3D碳纳米管计算机芯片，我们不禁感叹科学家的想象力，就连新的堆叠方式都能让计算机芯片提高1000倍的速度，必须手工点个赞！