IBM实现9nm碳纳米管技术新突破,纳米管芯片将在10年内诞 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/03/28 19:32:04


IBM研究部门表示,他们已经找到了一种方法来克服碳纳米晶体管实施上的关键障碍。该公司指出,将碳纳米晶体管缩到更小的尺寸,受限于两个方面:其一是设备沟道的大小、其二是接触面的大小。IBM表示,制作带沟道的碳纳米管是比较轻松的,但难点在于如何连接它们。部署导线是一项重大的挑战,与传统方式相比,在这么小的尺度上,其电阻抗性也会增加。

在计算机从冰箱大小的大型机到能装入口袋里的智能手机的发展过程中,芯片变得越来越小,运行速度越来越快。其间,小型化是计算机进化的核心。尽管在电子原件向原子程度缩小的过程中,面临着严峻的工程挑战。
IBM不久前发布研究报告,阐述小型化如何能够继续维持芯片制造业的发展。这是IBM 30亿美元研究计划的一部分,IBM斥资30亿美元研发利用碳纳米管技术制造芯片,他们的目标旨在利用碳纳米管技术制造芯片。这些纳米管都是空心圆柱结构,管壁则由单层碳原子构成,并以六角形晶格相连。它看起来就像非常细小的鸡肉丝卷,大约比人类头发小一万倍。

IBM旗下沃特森研究中心的材料学家韩淑珍(Shu-Jen Han)表示:“这种突破证明碳纳米技术可以大规模应用,比如能够制作更小的芯片组件。我们认为这个目标能够在10年内实现,比业内预测的时间更早。”

缩小芯片体积、增强芯片性能是维持计算机行业运行数十年的“摩尔定律”正确性的关键。按照摩尔定律所述,新的芯片制造技术每两年就会迭代,它已经帮助将计算机送到我们的桌子上、口袋里以及手腕上。它帮助谷歌搞清楚网络的意义,帮助Facebook识别照片中的朋友面容。但是这种进步速度正在减缓,如果它停下里,许多未来的革命性计算机理念将不再有机会实现。

比利时独立纳米电子研究中心IMEC的逻辑研究项目主管亚伦·希亚说,IBM开发新技术的确是个好消息,他们正在这个领域取得良好进展。但是要想令纳米管技术应用于实践,还需要完成更多工作。
TechKnowledge Strategies的著名芯片业务分析师迈克·费布斯称IBM的研究是突破性的。他说:“这是个巨大进步,这将让那些称摩尔定律最终失效的人安静下来。”

整个微处理器行业都在努力寻找克服当今困境的方法,而IBM特别关注碳纳米管技术。最后,IBM希望纳米管能被用于制作芯片,而这种芯片可被应用到诸多领域,从组装超级计算机到微型计算机等,它们还可被置于衣服和汽车轮胎压力计中。

当今的芯片晶体管都是利用硅元素制造的,主要依赖于硅元素在不同环境下可导电或不导电的特性。碳纳米管则拥有半导体的这种特性,并且能充当处理数据的开关。IBM的研究已经找出更好方式,可将这些纳米管与微处理器其它部分更好地连接起来,以便于它们在处于运行状态时能够导电。此前,高电阻可阻止电流流动,但是IBM的办法是将纳米管的一端与金属钼相连。这种连接本身应用很少,但却是制作微型芯片电路的关键。

韩淑珍说,这种技术可被用于制作三代芯片,此后还可应用于未来芯片制造技术中。但是它提供的最小化能力,足以令制造芯片技术再延长3代以上。此前,这种迭代非常困难,因为随着电子元件变小,电阻会变得越来越大。
希亚则看到其他挑战。尽管IBM已经找到如何降低电阻的方式,但研究人员依然需要处理可导致电流减慢的电容问题。在电路开关过程执行计算任务时,电阻和电容都会降低电流速度。

IBM本身也发现其他阻碍。其中之一就是碳纳米管分为两类:半导体和金属。它们很难被区分,但是如果用金属碳纳米管,晶体管就会被毁掉。

另一个挑战存在于制造过程中。如今的核心芯片制造技术被称为光刻,即将硅片上特定部分除去、留下电路的技术。而碳纳米管要求材料要以极为精确的方式刻在芯片上。韩淑珍说:“制造硅芯片的时候,就像用大理石雕刻塑像。而制造碳纳米管芯片,就使用大理石粉塑造塑像一样,我们需要找到新的方式。”

IBM研究人员表示,他们已经成功地用这种方法制作出了9nm的晶体管,并且预计该技术可用于1.8nm的节点。

IBM研究部门表示,他们已经找到了一种方法来克服碳纳米晶体管实施上的关键障碍。该公司指出,将碳纳米晶体管缩到更小的尺寸,受限于两个方面:其一是设备沟道的大小、其二是接触面的大小。IBM表示,制作带沟道的碳纳米管是比较轻松的,但难点在于如何连接它们。部署导线是一项重大的挑战,与传统方式相比,在这么小的尺度上,其电阻抗性也会增加。

在计算机从冰箱大小的大型机到能装入口袋里的智能手机的发展过程中,芯片变得越来越小,运行速度越来越快。其间,小型化是计算机进化的核心。尽管在电子原件向原子程度缩小的过程中,面临着严峻的工程挑战。
IBM不久前发布研究报告,阐述小型化如何能够继续维持芯片制造业的发展。这是IBM 30亿美元研究计划的一部分,IBM斥资30亿美元研发利用碳纳米管技术制造芯片,他们的目标旨在利用碳纳米管技术制造芯片。这些纳米管都是空心圆柱结构,管壁则由单层碳原子构成,并以六角形晶格相连。它看起来就像非常细小的鸡肉丝卷,大约比人类头发小一万倍。

IBM旗下沃特森研究中心的材料学家韩淑珍(Shu-Jen Han)表示:“这种突破证明碳纳米技术可以大规模应用,比如能够制作更小的芯片组件。我们认为这个目标能够在10年内实现,比业内预测的时间更早。”

缩小芯片体积、增强芯片性能是维持计算机行业运行数十年的“摩尔定律”正确性的关键。按照摩尔定律所述,新的芯片制造技术每两年就会迭代,它已经帮助将计算机送到我们的桌子上、口袋里以及手腕上。它帮助谷歌搞清楚网络的意义,帮助Facebook识别照片中的朋友面容。但是这种进步速度正在减缓,如果它停下里,许多未来的革命性计算机理念将不再有机会实现。

比利时独立纳米电子研究中心IMEC的逻辑研究项目主管亚伦·希亚说,IBM开发新技术的确是个好消息,他们正在这个领域取得良好进展。但是要想令纳米管技术应用于实践,还需要完成更多工作。
TechKnowledge Strategies的著名芯片业务分析师迈克·费布斯称IBM的研究是突破性的。他说:“这是个巨大进步,这将让那些称摩尔定律最终失效的人安静下来。”

整个微处理器行业都在努力寻找克服当今困境的方法,而IBM特别关注碳纳米管技术。最后,IBM希望纳米管能被用于制作芯片,而这种芯片可被应用到诸多领域,从组装超级计算机到微型计算机等,它们还可被置于衣服和汽车轮胎压力计中。

当今的芯片晶体管都是利用硅元素制造的,主要依赖于硅元素在不同环境下可导电或不导电的特性。碳纳米管则拥有半导体的这种特性,并且能充当处理数据的开关。IBM的研究已经找出更好方式,可将这些纳米管与微处理器其它部分更好地连接起来,以便于它们在处于运行状态时能够导电。此前,高电阻可阻止电流流动,但是IBM的办法是将纳米管的一端与金属钼相连。这种连接本身应用很少,但却是制作微型芯片电路的关键。

韩淑珍说,这种技术可被用于制作三代芯片,此后还可应用于未来芯片制造技术中。但是它提供的最小化能力,足以令制造芯片技术再延长3代以上。此前,这种迭代非常困难,因为随着电子元件变小,电阻会变得越来越大。
希亚则看到其他挑战。尽管IBM已经找到如何降低电阻的方式,但研究人员依然需要处理可导致电流减慢的电容问题。在电路开关过程执行计算任务时,电阻和电容都会降低电流速度。

IBM本身也发现其他阻碍。其中之一就是碳纳米管分为两类:半导体和金属。它们很难被区分,但是如果用金属碳纳米管,晶体管就会被毁掉。

另一个挑战存在于制造过程中。如今的核心芯片制造技术被称为光刻,即将硅片上特定部分除去、留下电路的技术。而碳纳米管要求材料要以极为精确的方式刻在芯片上。韩淑珍说:“制造硅芯片的时候,就像用大理石雕刻塑像。而制造碳纳米管芯片,就使用大理石粉塑造塑像一样,我们需要找到新的方式。”

IBM研究人员表示,他们已经成功地用这种方法制作出了9nm的晶体管,并且预计该技术可用于1.8nm的节点。
http://tech.qq.com/a/20151003/026931.htm
碳纳米管芯片,和石墨烯芯片哪个好?听说中国的石墨烯芯片很牛逼,比美国都要牛逼的多


中国在这方面也很牛逼吧,毕竟中国只要又需要,研发速度非常快的,申威吓龙芯就是例子,用十几年就赶上了英特尔,其他国家想都不敢想,这就是中国速度

中国在这方面也很牛逼吧,毕竟中国只要又需要,研发速度非常快的,申威吓龙芯就是例子,用十几年就赶上了英特尔,其他国家想都不敢想,这就是中国速度
9nm,快到工业极限了
石墨烯是单层的,把它卷成筒状就是碳纳米管。他们是不同的材料,性质类似,但石墨烯拥有更高的电导率,热导率,载流子迁移率,更高的强度和刚度。

但它们都没有能隙,一般是掺杂金属来形成开关。

石墨烯和碳纳米管的主要作用其实不在于几nm(当然这点也很重要),他们能延续摩尔定律的关键在于,他们的发热在理论上会很小,同时导热率高,这使得他们在垂直方向上,可以堆叠很多层,而现在的逻辑芯片,都是单层的,这样,要延续摩尔定律,只要堆2,4,8,16。。。。层就可以。而一万根碳纳米管的直径,才跟头发丝差不多。

至于IBM为什么用碳纳米管,而不是石墨烯,个人觉得主要基于工程实现,IBM已经研究碳纳米管20年了。

但对于国内来说,情况完全不同,国内对碳纳米管的投入,完全不能跟石墨烯比,差的太多。而且能用碳纳米管实现的,大部分用石墨烯也没问题
熊首督军 发表于 2015-10-4 12:18
石墨烯是单层的,把它卷成筒状就是碳纳米管。他们是不同的材料,性质类似,但石墨烯拥有更高的电导率,热导 ...
哪个效果好?
哪个效果好?
显然石墨烯
熊首督军 发表于 2015-10-4 12:31
显然石墨烯
石墨烯和碳纳米管哪个应用范围更广?
石墨烯和碳纳米管哪个应用范围更广?
他们的性质很相似,所以应用也基本相同,石墨烯的数值更高些。甚至可以说,碳纳米管能做的事,石墨烯也基本能做。
其实这个新闻应该对比着看。

2015年05月15日,在北京市科委先导与优势材料创新发展专项支持下,北京大学彭练矛教授团队在世界上首次研制出10纳米碳纳米管互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。与同尺寸硅基器件相比,该器件速度是其5倍,而功耗仅为1/5。该团队还在世界上首次成功制备出含有100个晶体管的碳纳米管集成电路。

9nm对10nm,但是新闻待遇完全不同,显然IBM的影响力更大,当然,他们一直在半导体先进制程上记录优异。
熊首督军 发表于 2015-10-4 12:18
石墨烯是单层的,把它卷成筒状就是碳纳米管。他们是不同的材料,性质类似,但石墨烯拥有更高的电导率,热导 ...
现在的硅芯片CPU能堆叠几层?
平行异面 发表于 2015-10-4 10:58
现在的硅芯片CPU能堆叠几层?
一层...就是在一层硅片上雕刻、蚀刻、附着...
熊首督军 发表于 2015-10-4 12:18
石墨烯是单层的,把它卷成筒状就是碳纳米管。他们是不同的材料,性质类似,但石墨烯拥有更高的电导率,热导 ...
发热不是最关键的问题。现有的芯片你就算用液氮来冷却,提升也有限。
但是碳芯片的核心优势在于,频率可以轻松提升到THz级别。
general_j 发表于 2015-10-5 00:41
一层...就是在一层硅片上雕刻、蚀刻、附着...
为啥SSD能堆CPU不能堆?
发热不是最关键的问题。现有的芯片你就算用液氮来冷却,提升也有限。
但是碳芯片的核心优势在于,频率可 ...
这是个误解,用液氮超频的限制,不在于材料,而在于工艺的精密度,也就是俗称的体质。当频率提高之后,各逻辑门无法对信号进行精密控制,体质高的会将这个过程延后,但继续再提高,依然会出错。

所以,现有芯片,都是先设定好频率范围,然后在这个频率下设计架构。超频太多就会出现逻辑错误,你想得到他的最大截止频率,那么就该设计很简单的逻辑,然后再用液氮超频。

所以,过程是这样的,先有常温下,这种材料不至于过热的频率,然后才有这种频率下的架构。其中发热是关键。
熊首督军 发表于 2015-10-5 07:25
这是个误解,用液氮超频的限制,不在于材料,而在于工艺的精密度,也就是俗称的体质。当频率提高之后,各 ...
频率的物理极限不是电子迁移率么?你说的“本质”其实是这个。
频率的物理极限不是电子迁移率么?你说的“本质”其实是这个。
不是,影响频率极限的因素还有距离,以及开关速率。

单说容易理解的距离。

一块一层的芯片,最远的距离是左上角到右下角,距离的单位是mm。

画个十字平分成4块,然后叠成4层,每层距离的单位是nm,可知4层时的最远距离大约只有原先一半,那么它的频率在理论上可以提升一倍,而这一过程电子迁移率是不变的。

只可惜频率不等于性能。
其实这个新闻应该对比着看。

2015年05月15日,在北京市科委先导与优势材料创新发展专项支持下,北京大学 ...
我朋友就是在IBM做这个碳纳米管的,这玩意成品率太低,短期内没有办法实用。中国实验室成就太多了,也许做了几百上千的成功了一个,就拿出来宣传。什么石墨烯,超级电容之类都是差不多论文写完就算数的东西
石墨烯是单层的,把它卷成筒状就是碳纳米管。他们是不同的材料,性质类似,但石墨烯拥有更高的电导率,热导 ...
那量子芯片比这俩有什么优势
那量子芯片比这俩有什么优势
有两种量子芯片,或者说,利用量子特性的芯片有两种。

        一种是最科幻,逻辑上不再用二进制,当然也不是前苏联那种三进制,利用的是量子态的叠加性和相干性。计算力=2^n,n为量子比特数。
        2^52就比天河二号的计算力强了,而且还是指数级提升,多一个就翻一倍,简直丧心病狂。一个量子比特才多大,当然保存它们的设备会很大,毕竟接近绝对零度。
        加拿大公司D-Wave在2011年宣称做出量子计算机,有128个量子比特,也就是它一步(注意是一步,不是一秒,可能一秒几步,或者一步几秒,毕竟没见过)进行2^128次计算。没几年他又说做出512个量子比特的,2^512,简直疯掉!做个对比更直观些,2^10=1k(1千),2^20=1M(百万),2^30=1G(10亿)。它是2^512。
        这种指数级增强的运算能力,恐怖之处无需多说,但是为什么D-Wave没有利用这种恐怖的运算力获利呢,D-Wave的解释是,他们还不知道该怎么编程。
        由于国内没人见过D-Wave的量子计算机,所以真假难辨,毕竟理论上是可以实现的。
        我估计你指的不是这种,这种太夸张,都不需要比。

        另外一种还是用二进制,用与或非这些逻辑门。它是由于晶体管不断缩微,电子不能再被看成粒子了,而产生的。
        当尺寸足够大,电子是被看成粒子的,它展现出粒子的诸多特征,有半径,有质量,遵循着经典的电磁学理论。但是,当尺寸很小,只有几个原子核那么大的时候,经典电磁学就不适用了,也就是俗称的物理极限。

        注意,这个物理极限是经典电磁学的物理极限,绝不是量子力学的物理极限,量子力学正要大展身手呢。

        这种芯片用量子力学指导设计,研究电子在量子状态下的特征,“与或非”依然作为逻辑基础,在尺寸上打破“物理极限”。

        对比本文的芯片,不堆成3d的就不说了,堆成3d也没用,因为经典电磁学毕竟是种粗糙的理论,在他的指导下,漏电是不可避免的,只能少漏,堆的层数越多,单层的发热必须更低,也就是单层性能必须更低。

        相比之下,量子力学无疑更接近本质,更为精细,在所有方面都更胜一筹,何况它也可以堆成多层,当然难度也更大。现在的量子逻辑门只是刚刚在实验室做出,离大规模集成逻辑回路还很远,离量产就更远了。
有两种量子芯片,或者说,利用量子特性的芯片有两种。

        一种是最科幻,逻辑上不再用二进制,当 ...
感谢科普,太科幻啦,阿里和中科院合作的实验室计划2030年出成品,计算能力是现在最强超算的百亿亿倍,兄台怎么看?
感谢科普,太科幻啦,阿里和中科院合作的实验室计划2030年出成品,计算能力是现在最强超算的百亿亿倍,兄 ...
从报道来看,阿里和中科院联合研究的量子计算机,就是利用量子叠加性和相干性的,在逻辑上完全量子化的计算机。

        由于是潘建伟院士领衔,他们说目标在10到15年做出来,我是相信的。

        至于说快百亿亿倍,只是为了让普通人能够理解,其实远不止于此。百亿亿还不如2^80大。

        不过由于量子的相干性,目前只能在接近绝对零度的极低温保持。所以个人要想拥有这种量子计算机几乎是不可能的,云计算和超大带宽是未来的必然选择。
为啥SSD能堆CPU不能堆?
发热和干扰吧
headbox 发表于 2015-10-14 17:14
我朋友就是在IBM做这个碳纳米管的,这玩意成品率太低,短期内没有办法实用。中国实验室成就太多了,也许 ...


不知道或不懂的要少说或不说,去看看南车株机的超级电容