为了抢首发推出更小制程的芯片,有的厂商开始在数字上做文章,此前有厂商推出的7nm芯片被发现其实制程并没有达到7nm,而其性能相比于英特尔的10nm芯片也并没有优势。
“文物也像人一样会生病,而水是最主要的‘病源’。”上海大学文化遗产保护基础科学研究院院长黄继忠在报告中称,2000年,敦煌莫高窟有一半壁画感染了“壁画中的癌症”——酥碱病,这是由潮湿环境造成壁画中大量氯化钠聚积并不断溶解、结晶的病症。
传统的晶体管是由硅制成,然而2011年来硅晶体管已接近了原子等级,达到了物理极限,由于这种物质的自然属性,硅晶体管的运行速度和性能难有突破性发展。
目前,我国InGaAs短波红外传感器正在快速发展,核心技术主要依赖进口。不过,中科院上海技物所紧密结合国家重大战略需求,联合上海微系统所等单位,在高性能短波红外InGaAs传感器的研发中具有多项自主知识产权,不断提升传感器组件的规模和光电性能参数,形成了多种规格、多种系列的产品,在高光谱、微光夜视、特种气象条件下成像中正在发挥重要作用。
于是,科学家提出了使用碳纳米管替代硅材料,这是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级,管子两端基本上都封口)的材料,比硅导电更快,效率更高。
会上专家还介绍了InGaAs,这是一种III-V族直接带隙半导体材料,具有体系稳定、工艺兼容、室温工作和良好的抗辐照特性等优点,成为高灵敏度、低功耗、小型化、高可靠性短波红外传感系统的理想选择之一。
理论上来说,同等量材料下,碳纳米管的效率达到了硅的10倍,运行速度是硅的3倍,而其能耗仅为后者的三分之一。
为了给壁画“治病”,首先得知道“病灶”在哪儿,光电技术由此引入文物保护,其中能够利用室温景物自身发射的热辐射成像的红外技术尤为受人关注。文物保护最重要的是“皮下”2~3毫米的区域,红外传感技术解决了两大难点,一是成像,即识别文物内部结构缺陷及水分分布情况;二是光谱分析,即对文物的彩绘颜料、胶料、蚕丝纤维等进行分析判断。
在实际应用方面,人类也已经有了突破,2013年,斯坦福大学制造出了第一台碳纳米管计算机,不过其只有178个晶体管。2019年,麻省理工的研究团队制造出了全球首款碳纳米管通用计算芯片RV16X-NANO,拥有14000个晶体管。
红外传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器,有灵敏度高等优点。红外传感器包括光学系统、检测元件和转换电路三大部分。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏检测元件中最常见的就是热敏电阻,热敏电阻受到红外线辐射时温度升高,电阻发生变化,通过转换电路变成电信号输出。
不过,这一发展进度还属于“初级阶段”,该芯片的晶体管通道长度约为1.5微米,这一数值与1985年发布的Intel 80386硅芯片一致。虽然碳纳米管计算机可能还需要数年时间才趋于成熟,但这一突破已经凸显未来碳纳米管半导体以产业规模生产的可能性。凭借其优良的特性,加之成熟的工艺(碳纳米管芯片制造工艺与硅芯片的一致),这一材料的爆发指日可待。
近日,第326期东方科技论坛在上海院士中心举行,来自国内各地的相关领域院士专家聚焦“新型短波红外焦平面及前沿应用”。专家建议,应该利用目前的高新技术产业功能平台,聚集短波红外传感核心人才和产业开发资源,抢占新型短波红外传感核心芯片技术制高点,积极发展“中国红外芯”。
此外,科学家也提出了自旋电子材料,这是一种利用电子旋转的性能,利用“上”或者“下”的电子自旋方向记录二进制数据的材料。在无任何外力供电的情况下,只需施加微弱电压,该材料就能保持自身的磁性。
可以看出,这一材料的显著优势在于其低功耗,只需施加微弱电压也能有效减少遂穿效应。不过,这一材料目前还处在实验室阶段。
总的来说,当前的硅晶体管还将继续存在一段时间。台积电决策者曾对外表示摩尔定律将持续到2025年。那么2025年之后又要怎么办呢?对行业巨头来说,除了继续探索当前材料的极限,还要做好两手准备,积极开发新材料新技术。