明天的另类电脑芯片
2005-8-11 10:29:33更新 来源:本站原创 作者:llkx 


  计算机芯片提速也许还剩十年的路程,基于硅片加工的计算机芯片其运算速度也就可能到头。一方面,单位面积上能够微集成的晶体管数量有极限,现行加工工艺已到了0.13微米,更细微的刻版,0.09, 0.05...微米?如按现行方式基本上到头。另一方面的原因在于金属的物理特性,毕竟运算信号一秒钟要在成百万条电路和成千万个晶体管中跑,芯片材料的导电性能也将制约运算速度。不过天无绝人之路,人的脑袋那么精灵,而且这行道实在赚钱,已经有人为芯片的第二次革命操“芯DOUBLE_QUOTATION了(也是操 ”薪“)。


  激光芯片
  宽带光纤正取代铜线或铝线。如果我们今天上网从PC到网关到服务器,都是彻彻底底的铜线,那可能就根本没有今天的互联网,也没有今天的现代通讯。当我们的主干网络,办公室局域网,甚至一些家用宽带都使用光纤时,而我们网络之中的计算机和服务器仍然使用的是基于金属的技术。
  在过去的半年中,新的技术开发取得了重大突破,计算机芯片的加工和集成将随之而出现根本性改变。在现在的计算机中,数据是通过芯片细微的金属通道传输的,在不会太遥远的未来,那些细微的金属通道将被激光脉冲组成的光纤回路所取代。甚至有可能将光纤和金属回路组合在一起,在芯片中构成开放式光电回路。
  现在的芯片金属电路才刚刚开始处理1G的运算流量,当未来的芯片交通量提高到1T(trillion)的通量级别,金属电路就有点象人民公社的机耕道,上不了速度。此时必须修高速公路。在现有芯片回路中的那些交通堵塞的主要路口将首先被光纤快速通道取代。
  电子在金属线路中的流动速度,比光通过空气或光纤的传递速度慢。那是因为金属有电阻,同时金属还在过程中产生热。虽然在计算机或芯片中数据传输距离非常有限,但使用光来传输数据更为高效。因为光的另一个关键优势在于,不同频率的光可在同一通道中传递。这种多频传输特性容许仅仅使用一条光纤通道取代数个金属电路。事实上,我们今天的电子通讯正是基于这种方式作业。
  在光纤系统,激光脉冲传递数据。目前人们正在开发硅激光,并把它集成到芯片中,产生开和关脉冲信号。开发出这种硅激光器是激光芯片的基础。
  开发激光芯片难度颇大,因为用于芯片所有硅材料根本就不是光导体。当然可以做硅合金材料,但成本高昂难以商品化。自去年底以来,欧美科学家先后突破了一项尖端技术,用微硅晶体放大光强,从而有效发射光束。这是硅激光的关键一步,但是仍不足以解决激光芯片的全部问题,而只是预示出最终方案的发展方向。如果此举成功,芯片厂家将找到基于现有芯片加工基础,而又飞跃提速的解决方案,现有芯片工业上百亿的产业投资将得以保存。
  用微硅晶体放大光只是解决问题的第一步,欲产生激光束则是另一回事。科学家们认为得采用三明志的方法用镜子夹微型硅晶体,从而让光来回反射增强,激活硅原子发出激光束。这里如何把硅晶体周围的镜子直线对中,要求加工工艺的完全创新。还有激光电力供应必须来自芯片内部,而不能额外供应。最后一个疑难是数据的交通指挥。传统芯片由晶体管分流数据,光学模拟之后,这项任务尚为难题,等待突破。
  以光的速度运算,不是不可能。基于光学运算的计算机或个人设备将越来越接近现实。激光芯片还要多少年?科学家们说,开发至少还要等三年,而主流应用将是20-30年的事。

  塑料芯片
  如果说激光芯片是让芯片速度鸟********换炮的话,那么塑料芯片则使芯片的加工成本轻如鸿毛,加工条件易如反掌。欧美科学家正试样新型有机分子材料,期望开发出价廉物美,随用随扔的塑料半导体芯片,其速度和功能与硅片电路指挥控制的笔记本LCD显示屏的一样。
  塑料芯片易于大批量加工生产,它将创建出全新一代计算机元件,办公设备,手握装置和玩具市场。也许不用太久,我们将看到超轻型PalmPDA,可以把它象皮包一样对折,放进裤兜里。或者是有人背着可以卷成筒的活化矩阵显示屏,需要浏览是张开,不用时卷起好收藏。所有这样的用品价格便宜到顺手扔弃也不觉得可惜。
  用塑料做半导体,做晶体管看似荒唐之极,更不用说科学家要 ”弄假成真"。因为人人皆知塑料不是导体,反而是绝缘体。但其实不然,从电学角度,塑料有空子可钻。去年,IBM,菲利普,贝尔实验室,麻省理工学院等分别开发出新型塑料半导体。这些塑料半导体在接近室温下加工,采用常规化学溶剂,因此加工成本低廉。虽然这还仅仅处于试验阶段,但塑料芯片已显示出重量轻巧,容易卷折的特性,而且还可方便喷涂在低价塑料材料上,从而取代硅材和玻璃。
  IBM的科学家Kagan说,这启开了整整全新一大类机会。如果我们能以低成本工艺和常温加工塑料晶体管,你将可以想象我们身边的电子设备不知会增加好多。
  这一时刻一时半会儿还不会来临。科学家们预言有5-15年的时间跨度,塑料芯片才会大规模生产。同时,没有人说塑料芯片将取代传统硅体芯片。塑料芯片不会在同一层面与硅体芯片竞争。塑料芯片将只会在一个特定的市场中应用,而这类市场已有定位。比如,采用塑料芯片的柔性显示屏将首先在笔记本和手持设备市场中应用,从而体现出塑料材料防破碎和轻巧的优越性。还有象智能卡,电子传感器也将是它的潜在市场。理论上,凡在应用和加工方面,成本和重量是核心的行业,塑料芯片都大有可为。塑料芯片的加工成本节约有多少?高重量硅晶体每平方英寸价值美元,而塑料芯片价格只有每平方英寸/data0/apache/cgi-bin/publish/doc_add.pl.2美元。一千倍之差。
  塑料为什么不导电?因为塑料由大数量同时无序的分子聚合组成,放大看就象是一大碗担担面,混乱如麻。因此,电流一上塑料材料就四处碰壁,哪条通道皆不通,立刻死掉。80年代,人们发现了有机聚合物的导电性,但速度很慢。近一两年研究获得进展,新型材料被开发出来,其分子组成象扑克牌一样排列有序,虽然导电性有极大提高,但需真空加工,而且寿命有限。
  经改进以后,从去年开始,塑料芯片样机现身。贝尔实验室的塑料芯片技术已用于E Ink的电子印刷油墨样品,电子纸张,电子涂屏显示器已有展出。菲利普已开发出64x64线的柔韧塑料显示屏样机。IBM的塑料芯片也已出炉,现在正试验用有机和无机材料做晶体管,工艺为室温下化学溶剂处理,从而降低成本。
  尽管塑料芯片尚未成为应用产品,科学家们也还没有规模生产塑料芯片的化学和物理手段,但他们都说已经接近研制出下一代芯片产品,而且基于塑料的电子运算肯定将会变成一个巨大的市场。

 

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