全球首台碳纳米晶体管计算机问世 | 比特博客

加利福尼亚帕洛阿尔托——硅是当今微电子电路中使用的标准材料，当它用于日益微小的晶体管而达到其根本极限时，会发生什么情况？斯坦福大学(Stanford)的一群研究员朝回答这个问题又迈进了一步。

这些研究员在《自然》杂志周三刊发的一篇论文中称，他们已经成功制造了一台可以运转的电脑——虽然它极其简单——其原材料完全是用碳纳米管制成的晶体管。这种纳米管是呈圆柱状的分子；长期以来，人们一直认为它有望使更小、更快及更低功耗的计算系统成为可能，只不过事实证明，这种材料很难处理。

然而，斯坦福罗布斯特系统组织(Stanford Robust Systems Group)却在过去18个月里取得了重大进展。他们刚开始只能制造单个的碳纳米管晶体管，后来则能够把这些晶体管连接成简单的电路元件，本周，他们制造出了一台只包含142个低功率晶体管的完整电脑。

以行业标准判断，用来组装斯坦福模型计算机的晶体管有些过于庞大，它的晶体管有1微米，行业标准则是22毫微米。尽管如此，它却是计算机科学家所谓的“图灵完备”(Turing complete)机器，也就是说，只要时间足够，它就能完成任何计算任务。

“它可以同时运行两个程序，一个计数程序和一个分类程序，”研究组的领导者之一、斯坦福大学电机工程师黄汉森(H. S. Philip Wong)说，“我们在这个问题上花费了大量时间；事实上，我们已经为这项研究投入了两代学生。”

作为现代半导体行业基础的加工过程需要极高的精密度，有鉴于此，在考虑用于商业生产前，该行业的任何新技术都必须经过超过三年的完善过程。

碳纳米管一直都让材料科学领域很兴奋，因为它们可以产生多种同素异形体——亦即这种材料的不同形式——每种同素异形体都有潜力。

目前，半导体行业的领军者可以制造22纳米特征尺寸的硅集成电路，大概4000个上述尺寸的电路才有一根头发丝粗。由于大约每两年就会推出体积更小的新一代晶体管，半导体行业普遍认为，在2020年后的某个时候，硅将缩小至应用于5纳米晶体管的极限。

晶体管的尺寸在过去半个世纪的时间里不断缩小，这一事实具有重要意义，因为它大幅降低了计算成本，使得人们能够不断推出性能更强、速度更快、价格更便宜、功耗更小的新型电脑。

到了硅无法再为更小的晶体管“缩小”的时候，该采用什么样的材料技术，面对这个问题，英特尔(Intel)通常都会顾左右而言他，IBM则对碳纳米管的潜力表明了更为直接和乐观的态度。

研究人员表示，他们的进展并不是一个科学突破，而是一项重要展示，表明了以极高的精确度对硅之外的材料进行处理的能力。

他们还强调，他们的研究项目完全符合基于硅的行业标准的制造流程。这说明，未来有可能利用碳纳米管制造用于特定位置的混合芯片，由此延长硅在电脑行业的寿命。

“这是一台完备的电脑，我们能利用它做任何事，”该研究小组主要成员、斯坦福大学研究生马克斯·舒拉克尔(Max Shulaker)说，“理论上说，我们能运行64位版本的Windows系统，但这可能需要数百万年。”