柔性材料制造的微處理器問世
2025年11月10日
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據(jù)報道,研究人員用類似于石墨烯的二維材料制造出微處理器，有些人認(rèn)為，這種神奇的彈性導(dǎo)電材料可能會給電池、傳感器、芯片設(shè)計(jì)帶來革命性的變化。處理器只有115個晶體管，從測試標(biāo)準(zhǔn)上看它并沒有什么驚人的，不過維也納科技大學(xué)的研究人員在報告中表示，這是第一步，標(biāo)志著我們朝著2D半導(dǎo)體微處理器前進(jìn)了第一步。
二維材料有一個優(yōu)點(diǎn)：非常靈活，也就是說它可以輕易放進(jìn)可穿戴設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)傳感器，而且還不容易損壞。比如我們?nèi)绻袅耸謾C(jī)，手機(jī)會彎曲，而不是破碎。
其實(shí)，現(xiàn)在的半導(dǎo)體和屏幕已經(jīng)相當(dāng)薄了，不過它們依賴材料的三維物理特性。如果將硅圓晶彎曲，它就會破裂。維也納科技大學(xué)使用石墨烯等2D材料或者過渡金屬硫族化合物，它們是真正的二維材料，是用晶體制造的，只有一層原子或者分子的厚度，所以可以彎曲。
過渡金屬硫族化合物是一種混合物，包含了過渡金屬，比如鉬、鎢和硫族元素。和石墨烯一樣，過渡金屬硫族化合物形成層，不過它和石墨烯不同，化合物能夠像金屬一樣導(dǎo)電，它們屬于半導(dǎo)體，這種特性對于柔性芯片設(shè)計(jì)師來說是一個好消息。
研究人員用二硫化鉬制造微處理器。他們在硅基片上放置2個層，層的厚度與分子差不多，上面刻有電路設(shè)計(jì)，然后用氧化鋁層分開。報告稱：“基片只是作為介質(zhì)載體存在的，沒有其它功能，所以可以用玻璃或者其它材料替代，包括柔性基片。”
最近推出的英特爾芯片都采用了64位技術(shù)，它可以理解成百上千條不同的指令，具體是多少要看你是怎樣計(jì)算的，它包括了幾億個晶體管。
維也納科技大學(xué)開發(fā)的微處理器一次只能處理1位數(shù)據(jù)，只能理解4種指令(NOP、LDA、AND、OR)，電路寬2微米，比最新的英特爾處理器和ARM處理器寬了100倍。
研究人員說，如果繼續(xù)開發(fā)，可以讓微處理器變得更復(fù)雜，同時縮小尺寸。在制造時，研究人員刻意選擇了大尺寸，這樣二硫化鉬薄膜不容易穿洞、破裂或者污染，用光學(xué)顯微鏡檢查結(jié)果時也會更容易一些。
報告稱：“我們認(rèn)為，將1位變成多位數(shù)據(jù)沒有任何障礙。”唯一的挑戰(zhàn)在于降低瞬變電阻，用亞微米工藝制造面臨這樣的挑戰(zhàn)。
并不是說制造就很容易。雖然制造子單位的良率很高，大約80%的算術(shù)邏輯運(yùn)算單元都可以正常運(yùn)行，但是因?yàn)樗捎玫氖菬o故障容錯設(shè)計(jì)，所以只有很少的一部分成品設(shè)備可以正常使用。
為了解決良率問題，商務(wù)微處理器制造商引進(jìn)了芯片設(shè)計(jì)模塊，用不同的速度測試。芯片的運(yùn)行速度越高成本也越高，錯誤的子組件可以永久禁用，這種芯片同樣可以出售，只是性能沒有那么強(qiáng)。
英特爾從4004芯片(4位中央處理器，46條指令)發(fā)展到最新的x86 Kaby Lake用了整整46年，一路上整個產(chǎn)業(yè)都在不斷了解微制造技術(shù)，相比而言柔性半導(dǎo)體研究的進(jìn)步速度還是算快的。（來源：高端裝備網(wǎng)）
