美制造出首臺(tái)碳納米管計(jì)算機(jī) 更小更快更節(jié)能

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)、英國(guó)廣播公司9月26日(北京時(shí)間)報(bào)道，美國(guó)斯坦福大學(xué)的工程師在新一代電子設(shè)備領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，首次采用碳納米管建造出計(jì)算機(jī)原型，比現(xiàn)在基于硅芯片模式的計(jì)算機(jī)更小、更快且更節(jié)能。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)納米技術(shù)高級(jí)顧問(wèn)米哈伊爾稱此舉為“一項(xiàng)重要的科學(xué)突破”。該研究結(jié)果發(fā)表在最新一期的《自然》雜志封面上。

晶體管不斷縮小，以使一個(gè)芯片上可以排列更多。但隨著晶體管變得越來(lái)越細(xì)小，在狹窄的空間里就會(huì)浪費(fèi)更多電力、產(chǎn)生更多熱量。而研究表明，碳納米管能非常有效地指揮和控制電力。加州大學(xué)伯克利分校電子電路及系統(tǒng)的世界級(jí)專家拉貝艾說(shuō):“碳納米管一直被認(rèn)為是硅晶體管潛在的繼任者。毫無(wú)疑問(wèn)，這項(xiàng)研究將引導(dǎo)研究人員去探索如何在未來(lái)10年開(kāi)發(fā)出更小、更高效節(jié)能的處理器。”

大約15年前，碳納米管首次被制成晶體管，在數(shù)字電子系統(tǒng)主體作開(kāi)關(guān)。但是，其固有的兩個(gè)缺陷一直阻撓著其實(shí)際運(yùn)用，現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)采取雙管齊下的辦法將其攻克。

斯坦福大學(xué)電氣工程師和計(jì)算機(jī)科學(xué)家米特拉教授介紹說(shuō)，首先，碳納米管不是以整齊、平行線的方式生長(zhǎng)，若嘗試在晶片上將其排列就會(huì)得到“一碗面”。研究人員使99.5%的碳納米管對(duì)齊建立芯片，并設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的算法繞過(guò)余下0.5%歪斜的部分;碳納米管第二個(gè)缺陷是其內(nèi)持續(xù)導(dǎo)電的“金屬纖維”，其不像其他半導(dǎo)體可以關(guān)掉電流。為了抹去這些“劣跡”元素，他們關(guān)掉了所有“好的”碳納米管，然后給余下“壞的”泵滿電，直至氣化。結(jié)果便得到一個(gè)有效的電路。

他們利用這種“不受缺陷影響的設(shè)計(jì)”組裝了具有178個(gè)晶體管的基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)。該碳納米管計(jì)算機(jī)可執(zhí)行一些如計(jì)數(shù)和數(shù)字排序等任務(wù);運(yùn)行一個(gè)基本的操作系統(tǒng)。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院電氣工程學(xué)院主任喬瓦尼·德·米凱利教授強(qiáng)調(diào)了這一世界性成就的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)貢獻(xiàn):首先，將基于碳納米管電路的制造過(guò)程落實(shí)到位。其次，建立了一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的電路，表明使用碳納米管計(jì)算是可行的。下一代芯片設(shè)計(jì)研究聯(lián)盟、伊利諾伊大學(xué)厄巴納－香檳分校納雷什教授評(píng)價(jià)道，雖然碳納米管計(jì)算機(jī)可能還需要數(shù)年時(shí)間才趨于成熟，但這一突破已經(jīng)凸顯未來(lái)碳納米管半導(dǎo)體以產(chǎn)業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的可能性。