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后摩爾定律時代誰來主導(dǎo)芯片產(chǎn)業(yè)

作者: 時間:2010-03-29 來源:計算機(jī)世界 收藏

  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)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/107396.htm

  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。

  不過更現(xiàn)實的希望是,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)。實際上,一個憶阻器就能完成10到15個晶體管的工作量。

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