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摘要：  IBM公司的科學(xué)家們似乎已經(jīng)找到了一種真實(shí)的方式拋開(kāi)硅晶體而轉(zhuǎn)向碳納米管。

關(guān)鍵字：  芯片，碳納米管，處理器，硅晶體

幾十年前，計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、智能手機(jī)、汽車、媒體播放器甚至是鬧鐘等處理器核心都是由硅組成的。不過(guò)，科學(xué)家和研究人員現(xiàn)在認(rèn)為硅晶體處理器即將達(dá)到它們的極限。IBM公司的科學(xué)家們似乎已經(jīng)找到了一種真實(shí)的方式拋開(kāi)硅晶體而轉(zhuǎn)向碳納米管。

碳納米管未來(lái)將取代硅成為處理器芯片材料

碳是自然界中多才多藝的元素，表現(xiàn)形式包括煤炭、鉛筆芯和鉆石等。它的表現(xiàn)形式之一是石墨烯。你可以把石墨烯想象成有點(diǎn)像分子組成的鋼絲網(wǎng)：?jiǎn)蝹€(gè)碳原子以六邊格的形式結(jié)合在一起，形成只有一個(gè)原子厚的薄層。碳納米管就是一張石墨烯薄片卷起來(lái)形成的一個(gè)圓柱。碳納米管的長(zhǎng)度超過(guò)它的寬度1億倍。那對(duì)我們來(lái)說(shuō)仍然是很微小的，但是碳納米管能夠比任何其它已知的圓柱形納米結(jié)構(gòu)都要大的多。如果你想要設(shè)計(jì)處理器芯片這樣的小物品時(shí)那是非常有用的特征。

像硅、碳納米管也是半導(dǎo)體，而且理論上在某些情況下導(dǎo)電性是銅的百倍。這就使它們它們成為為數(shù)不多能夠在芯片設(shè)計(jì)上取代硅的材料之一。指望使用碳納米管制造處理器的芯片設(shè)計(jì)師面臨一個(gè)主要問(wèn)題：如何處理它們并且把它們安置成為處理器所需要的各種各樣模式。

目前的芯片制造商基本上都是將硅晶片嵌入到導(dǎo)電材料的圖層中，然后使用化工產(chǎn)品或者激光和粒子束蝕刻的方法來(lái)刻繪出線路和個(gè)體三極管。晶體三極管是數(shù)字處理器的絕對(duì)核心，不僅負(fù)責(zé)存儲(chǔ)而且負(fù)責(zé)設(shè)備中的代碼運(yùn)行。傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)制作的晶體管不會(huì)使用納米管，但是IBM公司的研究人員提出一項(xiàng)新的技術(shù)能夠使碳納米管靈巧的對(duì)準(zhǔn)了蝕刻在晶片上的路線。

這些碳納米管結(jié)合的多么緊密?根據(jù)IBM材料科學(xué)家詹姆斯-漢諾所說(shuō)，大約每平方厘米存在十億納米管。使用碳納米管打造的處理器能夠使數(shù)字技術(shù)繼續(xù)穩(wěn)步前進(jìn)。自從1958年開(kāi)發(fā)出第一套集成電路，晶體管制造商的數(shù)量大約每?jī)赡昃蜁?huì)翻一番。硅還沒(méi)有走到路的盡頭，芯片制造商已經(jīng)開(kāi)始為新一代或者說(shuō)第二代硅芯片開(kāi)發(fā)做準(zhǔn)備。芯片正逐漸變得如此微小以至于都能夠使用單個(gè)原子進(jìn)行測(cè)量。這就為制造這種芯片設(shè)置了一個(gè)高門(mén)檻，制造商每生產(chǎn)一個(gè)處理器都需要執(zhí)行十億次原子精度的操作。

理論上說(shuō)，碳納米管制造的處理器能夠比目前的晶體管技術(shù)更加的小。就像今天的處理器一樣，更小的體積意味著消耗更少的能量。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)那就意味著更少的熱量和更長(zhǎng)的電池壽命。此外碳納米管的電性能也意味著它們能夠比硅晶體管實(shí)現(xiàn)更快的開(kāi)關(guān)通斷，這就意味著它們能夠以比現(xiàn)在的芯片更快的速度進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

因此納米管處理器將更小、更快，而且由于它們是由碳組成，或許也就更環(huán)保。事實(shí)上并非如此，盡管碳納米管確實(shí)比許多高科技產(chǎn)品中的材料給環(huán)境帶來(lái)較小的危害，制造碳納米管處理器的過(guò)程不太可能比制作硅晶片更環(huán)保，更不用期待它們能夠?qū)崿F(xiàn)生物降解了。

同樣的，這種芯片仍然難以制造而且昂貴。就像今天最新、最快的芯片只能夠?yàn)樽钊A麗的高端設(shè)備使用。碳納米管處理器或許將是計(jì)算機(jī)的未來(lái)技術(shù)，但是它們出現(xiàn)在零售商的貨架上還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間。