14、11、7、5。
这是传统硅基芯片的制程进化。从14nm到11nm,再到7nm、5nm……随着科技飞速发展,电子设备的处理效率也越来越高,十年前最顶配电脑运行依然稍有卡顿的游戏,今天在手机上就能轻松畅玩。众所周知,电子设备的性能高低,往往和中央处理器密不可分。那又是什么造就了处理器性能的提升?答案显而易见,是芯片的升级。
芯片的升级,主要是在相同的尺寸下,增加更多的晶体管。在几十年的研究后,人类在硅基芯片方面已经取得巨大的进步。但是,根据摩尔定律,硅基芯片的发展有本身的瓶颈。人类现在的芯片研发,已经接近硅基芯片的极限。晶体管栅极宽度越低,电子移动距离就越窄,就越容易出现漏电情况,解决也极为困难。可以肯定的是,在硅基芯片制程达到1nm物理极限后,就需要找到新的材料,以替代传统芯片进行性能上的升级。
事实上,在还没有达到极限前的今天,各国就已经开始寻找硅基芯片的可能替代材料,并取得了阶段性的突破。
近日,英国塞萨斯大学的物理学家发现了迄今为止最小的微芯片,该芯片由石墨烯及其他2D材料采用“纳米折纸”的形式制作而成。
研究人员通过在石墨烯结构中形成纽结,当石墨烯条以此方式卷曲,其行为就可以像微芯片一般。最值得期待的地方在于,基于石墨烯等新材料的微芯片,体积比传统硅基芯片缩小了约100倍!
该论文第一作者Manoj Tripathi博士表示,已经证明可以通过故意在结构中加入扭结,来创建石墨烯和其他2D材料的结构。通过制造这种波纹,可以批量可控的制造晶体管或逻辑门。
相比传统的硅基芯片,石墨烯微芯片除了在体积上的优势外,性能上也将优于传统硅基芯片。塞萨斯大学的艾伦·道尔顿(Alan Dalton)教授表示,使用纳米材料将使芯片体积更小,速度更快。在技术成熟后,或使电脑与电话的运行速度有数千倍的提升。
其实,石墨烯造芯片的构想很早前就被提出。在石墨烯微芯片的制造过程中,不需要添加额外材料,而且在室温下就可以完成芯片加工,在环保性及节约材料方面,石墨烯微芯片将更具优势。另外,由于石墨烯的高导电性特点,意味着石墨烯将比硅基芯片更稳定,更不容易产生漏电情况。
石墨烯微芯片优势巨大,各国都在主动布局,以抢占未来芯片先机。而我国也在碳基芯片上取得了令人骄傲的成果,目前领先全球。2020年10月,我国中科院上海微系统团队,就公布了其十年磨一剑的成果——8英寸石墨烯单晶晶圆。石墨烯晶圆,是实现电子器件集成的关键。值得一提的是,目前这款产品已经能够小批量生产,这预示着我国将开启微电子技术变革,产业化更进一步。
除此之外,我国石墨烯产业规模领先全球,石墨烯微芯片的研究,对我国来说是全新的机会。可以预见,在21世纪科技飞速发展的今天,石墨烯将成为超越传统硅基芯片的“潜力股”。在未来的芯片市场上,极有可能是中国企业进行主导,让芯片彻底摆脱“受制于人”的尴尬现状。