終結(jié)硅芯片?

張曉潔

在追求更快、更小、更高效的處理器的研究人員眼中，二硫化鉬或許就是開(kāi)啟新時(shí)代的鑰匙。

芯片已經(jīng)在阻礙科技產(chǎn)品變得更薄更酷了！

今年，蘋(píng)果公司并沒(méi)有發(fā)布粉絲們盼望已久的iPhone 5，就是因?yàn)槿鄙僖豢畈捎肔TE（一種4G移動(dòng)通信技術(shù)）的緊湊型芯片。對(duì)于精巧的iPhone來(lái)說(shuō)，目前的LTE芯片將會(huì)占用太大的空間。而蘋(píng)果最近曝光的可彎曲、多點(diǎn)智控概念手機(jī)iPhone ProCare，目前也因?yàn)樾酒牧系闹萍s無(wú)法變成現(xiàn)實(shí)。

在過(guò)去40年里，硅芯片的處理能力一直遵循著摩爾定律不斷增長(zhǎng)——可以放在相同成本的芯片上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，如今芯片上的晶體管數(shù)量已經(jīng)增加到數(shù)十億個(gè)。但是，摩爾定律總有停止的時(shí)候——因?yàn)楣栊酒呀?jīng)不能被制造得更小了。這意味著，作為目前芯片的主要制造材料，硅，已經(jīng)無(wú)法承載人們?cè)诟〉暮穸壬显O(shè)計(jì)的愿望。

現(xiàn)在，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的納米電子和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(LANES)研發(fā)出第一款利用二硫化鉬(MoS2)構(gòu)建的芯片，或許會(huì)成為硅芯片的終結(jié)者。納米電子和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室主任安德拉斯·奇斯（Andras Kis）表示，過(guò)薄的硅芯片會(huì)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)而使表面氧化，電子性能降低，因此，最薄硅層用在計(jì)算機(jī)芯片一直只有兩個(gè)納米厚。相比之下，二硫化鉬正好能夠彌補(bǔ)硅芯片的不足，它的可操作的薄層只有三個(gè)原子厚，這就有可能制成至少小三倍的芯片，可以進(jìn)一步縮小晶體管的尺寸。

另外，二硫化鉬在電耗和機(jī)械柔性方面的優(yōu)勢(shì)也非常明顯。因?yàn)槎蚧f像不銹鋼一般堅(jiān)韌且靈活，可以讓計(jì)算機(jī)芯片更為緊湊并且可以幫助柔性外表硬件的發(fā)展。當(dāng)晶體管變得非常薄，它的功耗也會(huì)更低，電子產(chǎn)品也會(huì)更省電，這使得一些輕薄的隨身電子產(chǎn)品待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)。“二硫化鉬可以大角度彎曲，也可以拉長(zhǎng)，你可以拉伸一塊二硫化鉬使它的長(zhǎng)度增加10%。”奇斯說(shuō)，“如果你在硅上面做同樣的動(dòng)作，就會(huì)像打破玻璃一樣。”顯然，二硫化鉬的內(nèi)置柔性的性能，將成就無(wú)數(shù)設(shè)計(jì)師和粉絲的夢(mèng)想，使其成為下一代柔性電子產(chǎn)品的新寵。如果用二硫化鉬制造出能夠彎折的芯片板，iphoneProCare這樣的概念手機(jī)也會(huì)很快變成現(xiàn)實(shí)。最終設(shè)計(jì)的柔性薄片芯片將可以放在可卷起來(lái)的計(jì)算機(jī)，或貼到皮膚上的設(shè)備上面，甚至是可以隨意彎曲以適應(yīng)主人臉的手機(jī)。

研究人員看好二硫化鉬的另一個(gè)重要原因是，二硫化鉬是一種儲(chǔ)量豐富的天然礦物。“大概有1900萬(wàn)噸的材料，你可以在網(wǎng)站上以大約100美元的價(jià)格購(gòu)買1厘米見(jiàn)方的晶體。” 奇斯說(shuō)。

盡管二硫化鉬的潛力巨大，但研究人員表示，其實(shí)現(xiàn)商業(yè)用途將至少還有10至20年。在未來(lái)一段時(shí)間里，實(shí)驗(yàn)室將主要探討如何使這種礦物質(zhì)更易導(dǎo)電，以及找到可以更容易批量獲得薄層的方法，因?yàn)閺S商對(duì)于更輕薄柔韌的芯片已經(jīng)開(kāi)始迫不及待了。

蘋(píng)果公司就是一個(gè)潛在合作伙伴。蘋(píng)果追求iPhone和iPad的完美體驗(yàn)，在芯片上也表現(xiàn)得非常激進(jìn)，專門設(shè)計(jì)了芯片A4、A5搭載在這些移動(dòng)設(shè)備上面。目前，蘋(píng)果正在開(kāi)發(fā)其后繼者A6在未來(lái)的一款iPad上。

事實(shí)上，蘋(píng)果的選擇正代表著未來(lái)芯片的趨勢(shì)，如今更輕薄、更高效、更低功耗、更隨身幾乎是所有芯片公司的研發(fā)目標(biāo)。此前，ARM一直以其低功耗為賣點(diǎn)贏得了蘋(píng)果等公司的青睞，控制了移動(dòng)設(shè)備芯片市場(chǎng)，不久前，甚至有傳聞稱蘋(píng)果的全系列便攜式Mac電腦都將拋棄Intel架構(gòu)投奔ARM，這都使得Intel必須盡快拿出殺手锏對(duì)抗日益強(qiáng)大ARM。未來(lái)芯片廠商試圖在功耗和性能兩方面尋找平衡點(diǎn)實(shí)現(xiàn)兩者兼得，二硫化鉬作為能夠大踏步超越目前標(biāo)準(zhǔn)的新材料顯然具有市場(chǎng)。

當(dāng)然，在移動(dòng)時(shí)代的電子設(shè)備除了有便攜的尺寸和低功耗，更要有強(qiáng)大的芯片集成更多功能以及流暢地處理大量應(yīng)用程序，同時(shí)能夠播放流媒體，能夠應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，而支持這一切的芯片技術(shù)也必須要跟上步伐。因此，除了蘋(píng)果、三星，以及Intel、ARM等主流的設(shè)備和芯片廠商，更多芯片設(shè)計(jì)公司都能夠在二硫化鉬之類具有革命性的新材料上創(chuàng)造奇跡。