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石墨烯技術(shù)或改變芯片和觸控屏行業(yè)

近日,MIT(麻省理工學院)的研究員發(fā)現(xiàn),石墨烯技術(shù)可使芯片的速率提升百萬倍。前MIT博士Ido Kaminer表示,這項技術(shù)在轉(zhuǎn)移和存儲數(shù)據(jù)的過程中,可使芯片的計算能力提升至一個極高的水平。


在過去的幾十年中,硅一直是制造芯片的原材料首選。不過,硅基芯片本身存在著不少的缺陷,硅這種材料在芯片制造方面也缺乏提升的空間。隨著石墨烯技術(shù)的逐漸發(fā)展,芯片行業(yè)也面臨著一場革新。許多研究人員都希望將石墨烯技術(shù)應(yīng)用于芯片,許多企業(yè)也在投資研發(fā)此項技術(shù)。


石墨烯技術(shù)的日臻成熟或許會為芯片行業(yè)帶來極大的改變。不過,在這一過程中,也仍會面臨一些不可避免的缺陷。


一、石墨烯技術(shù)優(yōu)點頗多,未來或成芯片主要材料


烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料,它的厚度只相當于一個碳原子。可以說,石墨烯是世界上最薄卻最堅硬的材料,也是世界上電阻率最小的材料。


由于以上特性,石墨烯成為了一種良好的導體,能夠用來制作光板、太陽能電池及透明觸控屏幕等具有高科技含量的產(chǎn)品。還能減少噪音,進行電子基因測序等。


此次MIT認為石墨烯可以制造出速率極快的芯片,也是由于石墨烯自身的特性。


MIT的研究人員發(fā)現(xiàn),石墨烯的特性可以使光的速率降低,從而產(chǎn)生密集的光束。由于這種現(xiàn)象和飛機超越音速時產(chǎn)生的“音爆”相似,故而被稱為“光爆”。


在光爆過程中,當運動的速度因為快于光而受到局限時,石墨烯中的電子會釋放出“等離子體激元”,這一現(xiàn)象能夠為超薄計算機設(shè)備的光基電路的研制打基礎(chǔ)。


眾所周知,傳統(tǒng)芯片的原材料主要是硅。但是,石墨烯比硅要好用得多。


用硅制造的芯片,結(jié)構(gòu)是單層的,它們之間靠線來連接。這樣的芯片在傳輸數(shù)據(jù)流大、距離遠的數(shù)據(jù)時,往往會耗費較多的資源,而且時常發(fā)生堵塞。


石墨烯則與之不同,它是六角型的、呈蜂巢晶格式的平面薄膜,傳導性極佳。因此能夠做到快速傳輸數(shù)據(jù),提升芯片速率。


此外,硅基材料芯片的主頻與發(fā)熱量成正比,而主頻又是芯片性能重要的衡量標準之一。因此,許多芯片廠商為了控制發(fā)熱問題都會采取一些降頻措施。


目前,硅芯片的最高頻率在液氮環(huán)境下為8.4GHz,PC處理器的主頻為3-4GHz,移動處理器的主頻則在2GHz左右。如果將石墨烯材料運用在芯片制造中,效果則會好得多。


與硅基材料相比,石墨烯的載流子遷移率在室溫之下能夠達到硅的10倍以上,在實驗室環(huán)境下則可以達到100倍,同時飽和速度可達硅的5倍。由于石墨烯良好的導熱性,理論上能夠使芯片主頻達到300GHz,并且功耗低于硅基芯片。


對于石墨烯技術(shù)作用于芯片的研究,目前至少能夠確定兩點。


第一,石墨烯原材料相對于硅基材料來說具有更好的特性,無論是速度、功耗還是可縮減性能。石墨烯技術(shù)可以被推進到8nm甚至5nm的技術(shù)節(jié)點,這恰好是2020年之后的數(shù)字電路目標。

第二,石墨烯應(yīng)用于芯片的方案切實可行。在實驗室中,許多研究人員已經(jīng)研制出了此方面的技術(shù),投入實踐也是指日可待。


事實上,石墨烯技術(shù)目前也受到了各方的重視。


二、石墨烯技術(shù)受到各方青睞,或改變芯片行業(yè)現(xiàn)狀


由于石墨烯技術(shù)具有諸多優(yōu)勢,眾多科技企業(yè)已經(jīng)開始對其進行了芯片應(yīng)用方面的研發(fā)。


IBM一直是硬件領(lǐng)域中的巨頭,然而近年來,整個硬件行業(yè)的形勢下滑,創(chuàng)新成為重點。故而IBM也不斷嘗試著新技術(shù),以期扭轉(zhuǎn)硬件行業(yè)式微帶來的不利局面,而創(chuàng)新的重點,就在于石墨烯技術(shù)。


IBM的主要計劃是提升芯片性能并縮減其尺寸,從而提升芯片效率。對于恰好能滿足這些要求的石墨烯技術(shù),IBM投資了30億美元,嘗試對芯片進行革新,實現(xiàn)硬件業(yè)務(wù)的復(fù)蘇。


The Envisioneering Group的研究主管Richard Doherty認為,許多流過硅芯片的電力都轉(zhuǎn)化成了熱量,所以硅芯片的速度很難再有上升的空間。IBM方面則表示,石墨烯材料中的電子遷移速度是硅材料的10倍。未來,他們會針對這一領(lǐng)域進行更多的研究。


此外,華為也在英國進行了石墨烯的投資。作為國產(chǎn)手機廠商中為數(shù)不多的擁有自己芯片的企業(yè),石墨烯技術(shù)必將成為其重點研發(fā)的對象。對此,華為高級副總裁陳黎芳表示:“我們在石墨烯領(lǐng)域的合作,將為未來信息通信行業(yè)發(fā)展、構(gòu)建更美好的全聯(lián)接世界,提供至關(guān)重要的基礎(chǔ)性支撐!

在我國,石墨烯技術(shù)也同樣受到了重視。幾個月之前,發(fā)改委、工信部和科技部三部委印發(fā)了《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》,旨在引導石墨烯產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新、培育石墨烯行業(yè)進一步壯大,最終帶動材料產(chǎn)業(yè)的革新。


我國之所以如此重視石墨烯技術(shù),是因為其極高的載流子速度、有限的散射、優(yōu)異的等比縮小特性,使其成為電子器件和集成電路的首選材料。除了芯片行業(yè)之外,石墨烯技術(shù)還能夠在光纖通信、傳感器制造、5G通信等重要領(lǐng)域中得以應(yīng)用。


不過,石墨烯技術(shù)也存在著一些局限性。


第一,石墨烯的成本極高。

石墨烯的最高價格達到了5000元/克,在業(yè)內(nèi)有“黑金”之稱。因此,一般的企業(yè)在資金方面無法進行研發(fā),這也是為何石墨烯技術(shù)的玩家基本上都是三星、IBM、英特爾等巨頭的重要原因。


第二,石墨烯技術(shù)存在局限性。

石墨烯的生長是有嚴格的控制條件的,必須在絕緣襯底上定位,才能生長出所需管徑大小的半導體石墨烯。但是對石墨烯的生長進行嚴格控制的條件目前尚無法實現(xiàn)。


第三,無法實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

由于成本極高和技術(shù)上的局限性,石墨烯的生產(chǎn)仍處于實驗研究階段,并未在商業(yè)用途方面實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。與之相比,硅基材料在成本和穩(wěn)定性方面仍存在優(yōu)勢。


其實,將二者結(jié)合也是一個不錯的選擇。此前,哥倫比亞大學曾研發(fā)出一款石墨烯-硅光電混合芯片。應(yīng)用物理學教授Philip Kim認為,這兩種材料的結(jié)合具備了超快的非線性光學調(diào)制性能,這將為芯片、集成電路、高速光通信等領(lǐng)域打開新的大門。


隨著移動端的發(fā)展,PC端逐漸沒落。如果能夠開發(fā)出速度更快的芯片,將使更快的計算能力變?yōu)楝F(xiàn)實。這不僅能夠推動芯片行業(yè)的進步,還能夠推動人工智能和認知計算的發(fā)展。盡管目前石墨烯技術(shù)仍存在短板,但是在未來,這項技術(shù)或許會為芯片及相關(guān)行業(yè)帶來一場革命性的改變。源于:鈦媒體






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