"摩爾定律"在晶片製造領域還能走多遠

2023-12-05 04:55:51

    [泡泡網CPU頻道8月29日] 「摩爾定律」在晶片製造領域會延續下去嗎?當以英特爾和AMD為代表的IT廠商將它證明了數十年之後，回答問題的關鍵已不是「會」與「不會」，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和納米技術的組合，開發更強大和更高能效的計算機晶片，同時造價也比較便宜。IBM公司表示，新一代的晶片具有強大的功能、更快的速度、更加節能，而且比較容易製造。這將主要得益於DNA技術和納米技術的結合。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。這可以幫助晶片製造商從45納米處理器技術發展到22納米或更小。而且，新技術還可以幫助晶片設計師跟上摩爾定律。摩爾定律預測晶片上的電晶體數量將每兩年翻一番。

    據了解，DNA的作用就像是「腳手架」，可以自動分揀出數百萬的碳納米管，然後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、納米粒子或矽納米線，這一技術就可以在傳統半導體製造方面得到大規模應用。

    發表在《自然納米技術》(Nature Nanotechnology)雜誌的一篇論文中，該研究小組描述了他們所採用的所謂「DNA摺紙」(DNA origami，又稱為人造DNA納米結構)方法。「DNA摺紙」就是指一片片基因材料，可用來排置成類似常用於電腦及其他電子設備中的晶片所採用的晶格結構。DNA支架構建好之後便可以插入納米管制成晶片。這種晶片與當今非常先進技術所能製成的晶片相比，尺寸是後者的幾分之一，並且速度也快許多。據該論文所述，該工藝過程可以生產的晶片間距只有6納米。目前大多數商業化生產的晶片多在45納米，而非常先進的技術所能生產的晶片在22納米的水平。

    「新的設計思路和技術將有效平衡晶片的性價比，同時緩解了改善晶片性能的限制因素，以使得晶片發展跟上摩爾定律，並推動整個半導體產業的發展」，IBM研究院的科學和技術經理Spike Narayan一份聲明中指出，「結合當前的自我直接封裝技術，最終可能會導致晶片製造過程中最耗費成本和最具挑戰的部分變得簡單，並由此節省大量的費用。」

    能夠給IBM的DNA計劃加以佐證的是，歐洲科學家們已經可以利用DNA製造微型機械零件，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。分子生物學近幾十年來的研究進展表明，科學家們有能力利用DNA進行隨心所欲的編程設計。「DNA的主要優勢是我們對它很熟悉，」德國慕尼黑理工大學生物分子納米技術實驗室的現任負責人亨德裡克?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晶片中集成更多的電晶體，但一些觀察家們很早就預測說，晶片的功耗問題會在某個時候成為重要的障礙。研究人員正熱衷於開發新的技術，使得他們能夠在繼續縮小晶片的同時也讓晶片的性能更強大，並且製造的成本更低。

    科學家們目前越來越多地將生物材料如DNA和電子及納米技術等聯繫起來，以創造更強大的混合材料。例如去年冬天，麻省理工學院的研究人員就利用納米技術和DNA共同來醫治腫瘤。麻省理工學院宣布，該大學的一批科學家研製用碳納米管制成的傳感器，外面用DNA包裹。然後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公司致力於連結DNA與納米技術有一段時間了。2008年2月，IBM宣布其科學家利用DNA找到一條製造處理器的新途徑。現在，IBM又在闡明其在這一領域取得的新進展。目前，處理器製造商主要使用光學刻制技術，它利用光傳輸半導體樣式。這一過程使得工程師很難縮小處理器的樣式，而這是提高晶片性能的一個關鍵部分。為了改進晶片工藝，IBM也曾經開發過矽鍺氦過度冷卻電晶體和深紫外雷射光學光刻技術，惠普則發明了「憶阻器(Memristor)」電阻存儲技術。

    現在，更小的晶片意味著更昂貴的設備和更多的資金投入。但是IBM的研究部經理Spike Narayan稱，如果DNA origami技術發展到了可批量生產的水平，製造商們就可以用之前價值數百萬美元的複雜工具換來化學聚合物原料，DNA分離技術以及加熱設備—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認為，當DNA origami技術能夠讓晶片製造商批量製造出用傳統的設備無法達到的更小支架時，也許還需要數年時間，不過這畢竟讓它們看到了前進的方向和動力。■