“摩爾定律”在芯片制造領(lǐng)域會(huì)延續(xù)下去嗎？

“摩爾定律”在芯片制造領(lǐng)域會(huì)延續(xù)下去嗎?當(dāng)以英特爾和AMD為代表的IT廠(chǎng)商將它證明了數(shù)十年之后，回答問(wèn)題的關(guān)鍵已不是“會(huì)”與“不會(huì)”，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(kāi)發(fā)更強(qiáng)大和更高能效的計(jì)算機(jī)芯片，同時(shí)造價(jià)也比較便宜。

IBM公司表示，新一代的芯片具有強(qiáng)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?yàn)镈NA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(jì)師跟上摩爾定律。摩爾定律預(yù)測(cè)芯片上的晶體管數(shù)量將每?jī)赡攴环?/p>

據(jù)了解，DNA的作用就像是“腳手架”，可以自動(dòng)分揀出數(shù)百萬(wàn)的碳納米管，然后通過(guò)黏合的方式對(duì)其進(jìn)行既定組合。從理論上來(lái)說(shuō)，只要使用納米管、納米粒子或硅納米線(xiàn)，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(chēng)為人造DNA納米結(jié)構(gòu))方法?！癉NA折紙”就是指一片片基因材料，可用來(lái)排置成類(lèi)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)今最先進(jìn)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(guò)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，而最先進(jìn)的技術(shù)所能生產(chǎn)的芯片在22納米的水平。

“新的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)將有效平衡芯片的性?xún)r(jià)比，同時(shí)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(dòng)整個(gè)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(huì)導(dǎo)致芯片制造過(guò)程中最耗費(fèi)成本和最具挑戰(zhàn)的部分變得簡(jiǎn)單，并由此節(jié)省大量的費(fèi)用?！?/p>

能夠給IBM的DNA計(jì)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(jī)械零件，包括齒輪、曲管，以及直徑為50納米的沙灘球線(xiàn)框。事實(shí)證明DNA不但可以?xún)?chǔ)存大量信息，而且還具有堅(jiān)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(lái)的研究進(jìn)展表明，科學(xué)家們有能力利用DNA進(jìn)行隨心所欲的編程設(shè)計(jì)?！癉NA的主要優(yōu)勢(shì)是我們對(duì)它很熟悉，”德國(guó)慕尼黑理工大學(xué)生物分子納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)任負(fù)責(zé)人亨德里克?迪茨(Hendrik Dietz)說(shuō)，“DNA是我們唯一可以在納米尺度上進(jìn)行編程設(shè)計(jì)的材料。”

雖然像英特爾和AMD長(zhǎng)期以來(lái)一直期望通過(guò)多核等手段在一個(gè)芯片中集成更多的晶體管，但一些觀察家們很早就預(yù)測(cè)說(shuō)，芯片的功耗問(wèn)題會(huì)在某個(gè)時(shí)候成為重要的障礙。研究人員正熱衷于開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，使得他們能夠在繼續(xù)縮小芯片的同時(shí)也讓芯片的性能更強(qiáng)大，并且制造的成本更低。

科學(xué)家們目前越來(lái)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(lái)，以創(chuàng)造更強(qiáng)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(lái)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(shí)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?，F(xiàn)在，IBM又在闡明其在這一領(lǐng)域取得的新進(jìn)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(guò)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(gè)關(guān)鍵部分。

為了改進(jìn)芯片工藝，IBM也曾經(jīng)開(kāi)發(fā)過(guò)硅鍺氦過(guò)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(chǔ)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(chēng)，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(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的復(fù)雜工具換來(lái)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(lái)只需要不到一百萬(wàn)美元。

“從各個(gè)方面省下來(lái)的經(jīng)費(fèi)聚沙成塔，十分可觀?！彼f(shuō)。然而更新的進(jìn)展可能要耗費(fèi)至少十年時(shí)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(wú)法達(dá)到的更小支架時(shí)，也許還需要數(shù)年時(shí)間，不過(guò)這畢竟讓它們看到了前進(jìn)的方向和動(dòng)力。