后摩爾定律時代誰來主導(dǎo)芯片產(chǎn)業(yè)

　　多核給軟件帶來了挑戰(zhàn)。世界上功能最強(qiáng)大的超級計算機(jī)里面有數(shù)千個核，而在普通的消費(fèi)類產(chǎn)品中，即便只是想極高效地利用幾個核心，都需要新的編程技術(shù)來劃分?jǐn)?shù)據(jù)和處理，并且協(xié)調(diào)任務(wù)。上世紀(jì)八九十年代，研究人員已經(jīng)為超級計算機(jī)解決好了并行編程的基礎(chǔ)性工作，而現(xiàn)在的難題是開發(fā)出用來編寫消費(fèi)類應(yīng)用軟件的語言和工具。據(jù)悉，微軟研究部門已發(fā)布了F#編程語言。瑞典愛立信公司推出的一門早期語言Erlang催生出了幾門更新的語言，包括Clojure和Scala。伊利諾斯大學(xué)等院校也在為多核芯片研發(fā)并行編程技術(shù)。

　　如果這些方法能得到完善，桌面和移動設(shè)備就可以有幾十個或更多個并行處理器，這些處理器單個所含的晶體管數(shù)量都少于現(xiàn)有芯片，但作為一個整體，運(yùn)行速度更快。

　　更薄的材料：納米管和自組裝

　　近十年來，業(yè)界權(quán)威將納米技術(shù)作為解決醫(yī)學(xué)、能源以及集成電路等行業(yè)各種挑戰(zhàn)的候選方案。一些擁護(hù)者更是認(rèn)為，制造芯片的半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)際上已經(jīng)形成了一套納米技術(shù)學(xué)科，專門研發(fā)、生產(chǎn)越來越小的晶體管。

　　不過更現(xiàn)實(shí)的希望是，納米技術(shù)讓工程師們可以制造出特制分子(DesignerMolecule)。比如，用碳納米管組裝而成的晶體管可以做得極小。IBM公司的工程師們已制造出用碳納米管而不是硅作為傳導(dǎo)襯底的傳統(tǒng)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路。來自該研究小組的JoergAppenzeller現(xiàn)任職

　　排列分子、甚至排列原子很棘手，特別是由于需要在芯片生產(chǎn)期間對它們進(jìn)行大批量組裝。一種解決方案是使用能自組裝的分子：把這些分子混合起來，然后讓它們受到熱、光或離心力的作用，讓它們自己排列成所需的圖案。

　　IBM已研究出如何利用化學(xué)鍵結(jié)合的聚合物來制造內(nèi)存電路。分子被放到硅晶片表面上經(jīng)加熱后延展形成蜂巢結(jié)構(gòu)，蜂巢孔的直徑只有20納米。然后，將圖案蝕刻到硅片上，形成這種尺寸的內(nèi)存芯片。

　　速度更快的晶體管：超薄石墨烯

　　不斷縮小晶體管尺寸的目的是為了縮小電氣信號在芯片里面?zhèn)鬏數(shù)木嚯x，從而加快處理信息的速度。但一種特別的納米材料—石墨烯(Graphene)有望帶來更快的速度，這歸功于其天生的結(jié)構(gòu)。

　　處理信息的邏輯芯片大多使用由CMOS技術(shù)做成的場效應(yīng)晶體管。晶體管就好比是一塊狹長、長方形的多層蛋糕，最上面一層是鋁(或者最近常用的多晶硅)，中間一層是絕緣氧化物，最下面一層是半導(dǎo)體硅。石墨烯(最近剝離出來的一種碳分子)是一片在同一平面重復(fù)的六邊形，外觀像六角形鐵絲網(wǎng)，但厚度只有一個原子層厚。石墨烯片彼此堆疊起來，形成礦物質(zhì)石墨，也就是我們所熟悉的那種鉛筆“芯”。純晶體形式的石墨烯在室溫下傳導(dǎo)電子的速度超過其他任何材料，比場效應(yīng)晶體管快多了。由于散射或與晶格中的原子發(fā)生碰撞，電荷載體損失的能量非常少，所以產(chǎn)生的廢熱比較少?？茖W(xué)家們直到2004年才剝離出石墨烯這種材料，因此這方面的研究工作仍處于早期階段，但研究人員對于研制出寬度只有10納米、高度只有一個原子大小的石墨烯晶體管滿懷信心。眾多電路也許有望蝕刻到一塊小小的石墨烯片上。

　　大?。翰捎媒徊婢€尋求突破

　　如今可以制造出來的尺寸最小的商用晶體管只有32納米寬，相當(dāng)于96個硅原子的總寬度。業(yè)界普遍認(rèn)為，想利用幾十年來不斷完善的光刻技術(shù)制造出尺寸小于22納米的元件極其困難。

　　但是，有一種方法可以制造出尺寸相似的電路元件，又能提供更強(qiáng)大的計算功能，那就是交叉線設(shè)計(CrossbarDesign)。交叉線設(shè)計方法是在一個平面上有一組并行納米線，同第二組與該平面成直角的納米線交叉(相當(dāng)于兩條互相垂直的公路)，而不是全在一個平面制造晶體管(就像把多輛汽車塞到一條堵塞公路上的幾條車道)。兩組納米線線之間有一個分子厚的緩沖層。這兩組線之間存在的許多交叉點(diǎn)名為憶阻器(Memristor)，其工作方式類似開關(guān)，可以像晶體管那樣表示1和0(兩位數(shù)，即比特)。不過憶阻器還能存儲信息。這些功能結(jié)合起來，就能執(zhí)行諸多計算任務(wù)。實(shí)際上，一個憶阻器就能完成10到15個晶體管的工作量。