柔性材料制造的微處理器問世
日期:2024/12/24 09:19
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據(jù)報(bào)道,研究人員用類似于石墨烯的二維材料制造出微處理器,有些人認(rèn)為,這種神奇的彈性導(dǎo)電材料可能會(huì)給電池、傳感器、芯片設(shè)計(jì)帶來革命性的變化。處理器只有115個(gè)晶體管,從測試標(biāo)準(zhǔn)上看它并沒有什么驚人的,不過維也納科技大學(xué)的研究人員在報(bào)告中表示,這是第一步,標(biāo)志著我們朝著2D半導(dǎo)體微處理器前進(jìn)了第一步。
二維材料有一個(gè)優(yōu)點(diǎn):非常靈活,也就是說它可以輕易放進(jìn)可穿戴設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)傳感器,而且還不容易損壞。比如我們?nèi)绻袅耸謾C(jī),手機(jī)會(huì)彎曲,而不是破碎。
其實(shí),現(xiàn)在的半導(dǎo)體和屏幕已經(jīng)相當(dāng)薄了,不過它們依賴材料的三維物理特性。如果將硅圓晶彎曲,它就會(huì)破裂。維也納科技大學(xué)使用石墨烯等2D材料或者過渡金屬硫族化合物,它們是真正的二維材料,是用晶體制造的,只有一層原子或者分子的厚度,所以可以彎曲。
過渡金屬硫族化合物是一種混合物,包含了過渡金屬,比如鉬、鎢和硫族元素。和石墨烯一樣,過渡金屬硫族化合物形成層,不過它和石墨烯不同,化合物能夠像金屬一樣導(dǎo)電,它們屬于半導(dǎo)體,這種特性對(duì)于柔性芯片設(shè)計(jì)師來說是一個(gè)好消息。
研究人員用二硫化鉬制造微處理器。他們?cè)诠杌戏胖?個(gè)層,層的厚度與分子差不多,上面刻有電路設(shè)計(jì),然后用氧化鋁層分開。報(bào)告稱:“基片只是作為介質(zhì)載體存在的,沒有其它功能,所以可以用玻璃或者其它材料替代,包括柔性基片。”
最近推出的英特爾芯片都采用了64位技術(shù),它可以理解成百上千條不同的指令,具體是多少要看你是怎樣計(jì)算的,它包括了幾億個(gè)晶體管。
維也納科技大學(xué)開發(fā)的微處理器一次只能處理1位數(shù)據(jù),只能理解4種指令(NOP、LDA、AND、OR),電路寬2微米,比最新的英特爾處理器和ARM處理器寬了100倍。
研究人員說,如果繼續(xù)開發(fā),可以讓微處理器變得更復(fù)雜,同時(shí)縮小尺寸。在制造時(shí),研究人員刻意選擇了大尺寸,這樣二硫化鉬薄膜不容易穿洞、破裂或者污染,用光學(xué)顯微鏡檢查結(jié)果時(shí)也會(huì)更容易一些。
報(bào)告稱:“我們認(rèn)為,將1位變成多位數(shù)據(jù)沒有任何障礙。”唯一的挑戰(zhàn)在于降低瞬變電阻,用亞微米工藝制造面臨這樣的挑戰(zhàn)。
并不是說制造就很容易。雖然制造子單位的良率很高,大約80%的算術(shù)邏輯運(yùn)算單元都可以正常運(yùn)行,但是因?yàn)樗捎玫氖菬o故障容錯(cuò)設(shè)計(jì),所以只有很少的一部分成品設(shè)備可以正常使用。
為了解決良率問題,商務(wù)微處理器制造商引進(jìn)了芯片設(shè)計(jì)模塊,用不同的速度測試。芯片的運(yùn)行速度越高成本也越高,錯(cuò)誤的子組件可以永久禁用,這種芯片同樣可以出售,只是性能沒有那么強(qiáng)。
英特爾從4004芯片(4位中央處理器,46條指令)發(fā)展到最新的x86 Kaby Lake用了整整46年,一路上整個(gè)產(chǎn)業(yè)都在不斷了解微制造技術(shù),相比而言柔性半導(dǎo)體研究的進(jìn)步速度還是算快的。(來源:高端裝備網(wǎng))