麻省理工学院工程师用纳米碳管打造迄今最先进的微处理器

经过多年处理众多设计和制造挑战,麻省理工学院(MIT)的研究人员已用纳米碳管(Carbon Nanotube)晶体管构建了现代微处理器,这种微处理器广泛认为是比传统硅处理器更快、更环保的替代品。

麻省理工学院工程师用纳米碳管打造迄今最先进的微处理器插图1

8 月29 日发表在《自然》(Nature)期刊的微处理器,能以传统硅晶片制程制造,这是使纳米碳管微处理器更实用的重要一步。

硅晶体管是关键的微处理器元件,可在1 位元和0 位元之间切换以计算。正如摩尔定律预测,业界已能缩小规模,每隔几年就在晶片塞入更多晶体管,帮助进行日益复杂的计算。但专家现在预测,有一天硅晶体管将停止收缩,变得越来越低效。

制造纳米碳管场效应晶体管(CNFET)已成为次世代电脑的主要目标。研究表明,与硅相比,CNFET 具10 倍左右的能源效率和更快的速度。但当大规模生产时,晶体管往往有许多影响性能的缺陷,因此仍不切实际。

麻省理工学院的研究人员利用传统硅晶片铸造厂的制程,发明了新技术,更限制了缺陷,并达成CNFET 制造过程的全功能控制。他们展示一种16 位元微处理器,有超过14,000 颗CNFET 晶体管,可以执行与商用微处理器相同的任务。《自然》论文描述了微处理器的设计,包括70 多页的详细制造方法论。

此微处理器基于RISC-V 开源晶片架构,有一组微处理器可执行的指令。研究人员的微处理器能准确执行整套指令,还执行了修改版的经典“你好,世界”(Hello, World!)程式,然后印出“你好,世界!我是由CNTs 制成的RV16X纳米”一段话。

“这是迄今为止由任何新兴纳米技术制成的最先进晶片,可望用于高性能和能效运算,”联合作者Max M. Shulaker 表示,他是电子工程与电脑科学(EECS)学系Emanuel E Landsman 职业发展助理教授,也是微系统技术实验室(Microsystems Technology Laboratories,MTL)的成员。“硅是有限制的。如果我们想在计算领域继续取得进展,纳米碳管是最有希望克服这些限制的方法之一。这篇论文彻底改变了我们用纳米碳管制造晶片的方式。 ”

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