“摩爾定律”在芯片制造領(lǐng)域會(huì )延續下去嗎？

賈延安

　　“摩爾定律”在芯片制造領(lǐng)域會(huì )延續下去嗎?當以英特爾和AMD為代表的IT廠(chǎng)商將它證明了數十年之后，回答問(wèn)題的關(guān)鍵已不是“會(huì )”與“不會(huì )”，而是如何延續下去。8月17日，藍色巨人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)更強大和更高能效的計算機芯片，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大的功能、更快的速度、更加節能，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)還可以幫助芯片設計師跟上摩爾定律。摩爾定律預測芯片上的晶體管數量將每?jì)赡攴�一番�?br>
    據了解，DNA的作用就像是“腳手架”，可以自動(dòng)分揀出數百萬(wàn)的碳納米管，然后通過(guò)黏合的方式對其進(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)就可以在傳統半導體制造方面得到大規模應用。

    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納米結構)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備中的芯片所采用的晶格結構。DNA支架構建好之后便可以插入納米管制成芯片。這種芯片與當今最先進(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。

    “新的設計思路和技術(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，“結合當前的自我直接封裝技術(shù)，最終可能會(huì )導致芯片制造過(guò)程中最耗費成本和最具挑戰的部分變得簡(jiǎn)單，并由此節省大量的費用�！�

    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(xiàn)框。事實(shí)證明 DNA不但可以?xún)Υ娲罅啃畔�，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(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計�！癉NA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(shí)驗室的現任負責人亨德里克?迪茨(Hendrik Dietz)說(shuō)，“DNA是我們唯一可以在納米尺度上進(jìn)行編程設計的材料�！�

    雖然像英特爾和AMD長(cháng)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(guān)察家們很早就預測說(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縮小芯片的同時(shí)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(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胞內部，以確定化療藥物是否已達到他們的目標或者腫瘤細胞是否還在攻擊健康的細胞。

    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)” 電阻存儲技術(shù)。

    現在，更小的芯片意味著(zhù)更昂貴的設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)值數百萬(wàn)美元的復雜工具換來(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)費聚沙成塔，十分可觀(guān)�！彼�說(shuō)。然而更新的進(jìn)展可能要耗費至少十年時(shí)間。 Narayan認為，當DNA origami技術(shù)能夠讓芯片制造商批量制造出用傳統的設備無(wú)法達到的更小支架時(shí)，也許還需要數年時(shí)間，不過(guò)這畢竟讓它們看到了前進(jìn)的方向和動(dòng)力。