據英國學術雜志《自然》報道,斯坦福大學研發人員開發出了全球首臺基于碳納米晶體管技術的計算機,并已經成功測試運行,這表明人類未來在開發新型電腦設備時有望擺脫對硅晶體技術的依賴。
斯坦福大學開發的碳納米管計算機
斯坦福大學項目研究小組出版論文聯合作者馬克斯-夏拉克爾(Max Shulaker)說:“這是人類利用碳納米管生產的最復雜的電子設備。關于納米技術有非常多極具創意的應用,但人們從未想過該技術能夠以如此實際、實用的方式被利用。”
夏拉克爾團隊研發的首臺納米電腦僅采用了178個晶體管,不過該設備只能運行支持計數和排列等簡單功能的操作系統。
碳納米管在1991年被日本NEC公司的飯島博士發現,作為一維納米材料,碳納米管具有重量輕,六邊形結構連接完美的特點,并且擁有許多異常的力學、電學和化學性能。
夏拉克爾表示:“與傳統晶體管相比,碳納米管體積更小,傳導性也更強,并且能夠支持快速開關,因此其性能和能耗表現也遠遠好于傳統硅材料。”
斯坦福電子工程師Subhasish Mitra說:“硅很好,它很硬。但是當一切變得如此之小時,能否從硅晶體管中獲得更高的性能、更好的節能性,那就不得而知了。”
晶體管是現代電子設備的關鍵組件,一個芯片可以包括幾十個億晶體管。碳納米管更小,用它來替代硅可以制造更小的、更快的、更節能的晶體管。
碳納米管的直徑可以小到1納米。人類的DNA直徑一般是2.5納米,人的手指甲大約每秒生長1納米。
Subhasish Mitra稱,早在1998年時就制造出了碳納米晶體管,“此后人們就有一個夢想,用碳納米管開啟新的電子產品新紀元。”
然而,碳納米管的研究碰到了障礙。科學家們發現,要想制造沒有明顯缺陷的碳納米管太困難了。一般來說,采用的方法就是在高溫房間里,用半導體晶圓培育大量碳納米管。通過一系列化學反應,碳納米管就可以萌芽了。在此過程中可能會出現一批無缺陷的碳納米管。但在孕育過程中常常受到自然的干擾,研究者不斷改進技術,獲得的仍然是一些有缺陷的碳納米管。
于是研究者改變了方向,他們不再執著地追求無缺陷的碳納米管批次,而是專注于設計可以對缺陷免疫的電腦電路。采用更好的算法,研究者對電路進行排列,就算少數納米管出現問題,電腦仍然可以運行。
首臺碳納米電腦有178個晶體管,每個包括10-200個碳納米管。設備的大小只有6.5平方毫米,也就是說可以在一角美國硬幣中放40個。如果采用產業化工廠制造碳納米管,而不是實驗室,它可以制造出更小、更快、更強大的電腦。
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