"摩爾定律"在芯片制造領(lǐng)域還能走多遠(yuǎn)

    [泡泡網(wǎng)CPU頻道8月29日] “摩爾定律”在芯片制造領(lǐng)域會延續(xù)下去嗎?當(dāng)以英特爾和AMD為代表的IT廠商將它證明了數(shù)十年之后，回答問題的關(guān)鍵已不是“會”與“不會”，而是如何延續(xù)下去。8月17日，藍(lán)色巨人IBM給出了與眾不同的答案。

    IBM公司的研究人員正在使用DNA和納米技術(shù)的組合，開發(fā)更強大和更高能效的計算機芯片，同時造價也比較便宜。IBM公司表示，新一代的芯片具有強大的功能、更快的速度、更加節(jié)能，而且比較容易制造。這將主要得益于DNA技術(shù)和納米技術(shù)的結(jié)合。因為DNA分子可作為棚架，使碳納米管在其中組裝成精確模式。這可以幫助芯片制造商從45納米處理器技術(shù)發(fā)展到22納米或更小。而且，新技術(shù)還可以幫助芯片設(shè)計師跟上摩爾定律。摩爾定律預(yù)測芯片上的晶體管數(shù)量將每兩年翻一番。

    據(jù)了解，DNA的作用就像是“腳手架”，可以自動分揀出數(shù)百萬的碳納米管，然后通過黏合的方式對其進行既定組合。從理論上來說，只要使用納米管、納米粒子或硅納米線，這一技術(shù)就可以在傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造方面得到大規(guī)模應(yīng)用。

    發(fā)表在《自然納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)雜志的一篇論文中，該研究小組描述了他們所采用的所謂“DNA折紙”(DNA origami，又稱為人造DNA納米結(jié)構(gòu))方法。“DNA折紙”就是指一片片基因材料，可用來排置成類似常用于電腦及其他電子設(shè)備中的芯片所采用的晶格結(jié)構(gòu)。DNA支架構(gòu)建好之后便可以插入納米管制成芯片。這種芯片與當(dāng)今非常先進技術(shù)所能制成的芯片相比，尺寸是后者的幾分之一，并且速度也快許多。據(jù)該論文所述，該工藝過程可以生產(chǎn)的芯片間距只有6納米。目前大多數(shù)商業(yè)化生產(chǎn)的芯片多在45納米，而非常先進的技術(shù)所能生產(chǎn)的芯片在22納米的水平。

    “新的設(shè)計思路和技術(shù)將有效平衡芯片的性價比，同時緩解了改善芯片性能的限制因素，以使得芯片發(fā)展跟上摩爾定律，并推動整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展”，IBM研究院的科學(xué)和技術(shù)經(jīng)理Spike Narayan一份聲明中指出，“結(jié)合當(dāng)前的自我直接封裝技術(shù)，最終可能會導(dǎo)致芯片制造過程中最耗費成本和最具挑戰(zhàn)的部分變得簡單，并由此節(jié)省大量的費用。”

    能夠給IBM的DNA計劃加以佐證的是，歐洲科學(xué)家們已經(jīng)可以利用DNA制造微型機械零件，包括齒輪、曲管，以及直徑為50納米的沙灘球線框。事實證明DNA不但可以儲存大量信息，而且還具有堅固性及可塑性，是很具吸引力的一種納米材料。分子生物學(xué)近幾十年來的研究進展表明，科學(xué)家們有能力利用DNA進行隨心所欲的編程設(shè)計。“DNA的主要優(yōu)勢是我們對它很熟悉，”德國慕尼黑理工大學(xué)生物分子納米技術(shù)實驗室的現(xiàn)任負(fù)責(zé)人亨德里克?迪茨(Hendrik Dietz)說，“DNA是我們唯一可以在納米尺度上進行編程設(shè)計的材料。”

    雖然像英特爾和AMD長期以來一直期望通過多核等手段在一個芯片中集成更多的晶體管，但一些觀察家們很早就預(yù)測說，芯片的功耗問題會在某個時候成為重要的障礙。研究人員正熱衷于開發(fā)新的技術(shù)，使得他們能夠在繼續(xù)縮小芯片的同時也讓芯片的性能更強大，并且制造的成本更低。

    科學(xué)家們目前越來越多地將生物材料如DNA和電子及納米技術(shù)等聯(lián)系起來，以創(chuàng)造更強大的混合材料。例如去年冬天，麻省理工學(xué)院的研究人員就利用納米技術(shù)和DNA共同來醫(yī)治腫瘤。麻省理工學(xué)院宣布，該大學(xué)的一批科學(xué)家研制用碳納米管制成的傳感器，外面用DNA包裹。然后該傳感器放在活細(xì)胞內(nèi)部，以確定化療藥物是否已達(dá)到他們的目標(biāo)或者腫瘤細(xì)胞是否還在攻擊健康的細(xì)胞。

    IBM公司致力于鏈接DNA與納米技術(shù)有一段時間了。2008年2月，IBM宣布其科學(xué)家利用DNA找到一條制造處理器的新途徑。現(xiàn)在，IBM又在闡明其在這一領(lǐng)域取得的新進展。目前，處理器制造商主要使用光學(xué)刻制技術(shù)，它利用光傳輸半導(dǎo)體樣式。這一過程使得工程師很難縮小處理器的樣式，而這是提高芯片性能的一個關(guān)鍵部分。為了改進芯片工藝，IBM也曾經(jīng)開發(fā)過硅鍺氦過度冷卻晶體管和深紫外激光光學(xué)光刻技術(shù)，惠普則發(fā)明了“憶阻器(Memristor)”電阻存儲技術(shù)。

    現(xiàn)在，更小的芯片意味著更昂貴的設(shè)備和更多的資金投入。但是IBM的研究部經(jīng)理Spike Narayan稱，如果DNA origami技術(shù)發(fā)展到了可批量生產(chǎn)的水平，制造商們就可以用之前價值數(shù)百萬美元的復(fù)雜工具換來化學(xué)聚合物原料，DNA分離技術(shù)以及加熱設(shè)備—這些東西合起來只需要不到一百萬美元。

    “從各個方面省下來的經(jīng)費聚沙成塔，十分可觀。”他說。然而更新的進展可能要耗費至少十年時間。 Narayan認(rèn)為，當(dāng)DNA origami技術(shù)能夠讓芯片制造商批量制造出用傳統(tǒng)的設(shè)備無法達(dá)到的更小支架時，也許還需要數(shù)年時間，不過這畢竟讓它們看到了前進的方向和動力。■