美国麻省理工学院团队利用14000多个碳纳米管晶体管，制造出16位微处理器

导读：英国《自然》杂志28日发表了一项计算科学最新进展：美国麻省理工学院团队利用14000多个碳纳米管晶体管，制造出16位微处理器，并生成这样一条信息。其设计和制造方法克服了之前与碳纳米管相关的挑战，将为先进微电子装置中的硅带来一种高效能替代品。

微处理器最早出现于上世纪70年代初，当时为计算器开发4位计算设备最早的微处理器(MPU)，是当今市场上最复杂的集成电路之一。在过去的四十年里，强大的微处理器不断更新，发展出多核、并行计算、64位架构等设计，性能日益强大。

微处理器业务继续由全球最大的芯片制造商英特尔主导。在过去十年里，全球微处理器市场75%被英特尔主导，但由于手机和平板电脑中基于ARM的SoC处理器的强劲增长，使得英特尔市场比例下降低至60%。以前, 英特尔针对个人电脑的庞大微处理器业务, 只有一个竞争对手AMD，但现在随着智能手机和平板电脑在各种应用领域的广泛兴起, 使得英特尔进入"后PC时代"，竞争者也明显增多。

在具备中央处理器(CPU)的所有功能外，它还增加了图形、视频和新兴的人工智能(AI)应用等越来越多的系统级功能和加速模块。微处理器不但是个人电脑、服务器和大型主机的大脑，它也可以用于各种系统的嵌入式处理，如网络设备、计算机外设、医疗和工业设备、汽车、电视、机顶盒、视频游戏机、可穿戴产品和物联网应用等。

电子器件中所用的硅晶体管正达到一个临界点，无法进行有效扩展以推动电子学的进步。而碳纳米管是一种潜在的可用于制造高效能器件的替代材料，又名巴基管，重量很轻，结构特殊——主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。目前碳纳米管已经表现出优异的力学和电学性能，但其自身的缺陷和可变性，限制了这些微型碳原子圆柱体在大规模系统中的应用。

此次，麻省理工学院科学家马克斯·舒拉克及同事设计和构建了一种碳纳米管微处理器，来解决这类问题。他们利用一种剥落工艺防止碳纳米管聚合在一起，以防晶体管无法正常工作。此外，通过精细的电路设计，减少了金属型碳纳米管而非半导体型碳纳米管的数量，后者的存在不会影响电路的功能，从而克服了和碳纳米管杂质相关的问题。

研究团队将该微处理器命名为“RV16X-NANO”，并在测试中成功执行了一个程序，生成信息：“你好，世界!我是RV16XNano，由碳纳米管制成。”

研究人员总结称，鉴于这个微处理器的设计和制造采用了行业标准，因此这项研究为超越硅的电子学指明了一个富有前景的发展方向。

一直以来，人们都预测硅在芯片领域的主导地位可能会终结于碳纳米管之手。因为与传统晶体管相比，后者体积更小、传导性更强，还支持快速开关，性能和能耗表现都远远好于传统硅材料。但多年来，碳纳米管一直未能走上实际应用之路，原因之一是它的生长方式并不愿意“受人控制”;其二是杂质问题，只要存在少量金属性碳纳米管，就会损害整个处理器的性能。现在，尽管我们深知碳纳米管替代传统硅晶体管的日期仍需以10年为单位计算，但最重要的一步已经迈出，其给芯片领域带来的革命，指日可待。