[新聞] MIT團隊研發最大的碳奈米管微處理器，在5

[ynlin1996 (.)]

MIT團隊研發最大的碳奈米管微處理器，在5年內上市

1.原文連結：
http://bit.ly/2jWuqaw

2.原文內容：
麻省理工學院（MIT）研究團隊利用碳奈米管電晶體（Carbon Nanotube Transistors；CNFET）製造出一種新型微處理器，具有矽 10 倍的能源效率和更快的運行速度，已成為下一代電腦的主要目標。並且，他們採用了與傳統矽晶片的製程相同的生產方法，這給下一代電腦發展帶來了關鍵性突破，這種微處理器被廣泛認為是比傳統矽同類產品更快，更環保的替代品。預計這種完全由碳奈米管制成的CNFET晶片，可能在五年內上市。

一直以來，矽電晶體以 0 與 1 計算轉換的關鍵性微處理器元件，已經在電腦行業中存在了幾十年。預測未來有一天矽電晶體將受制物理極限而無法再縮小而告終。

該款碳奈米管微處理器的論文，發表在Nature 雜誌上，提供了 70 多頁的詳細製造方法，同時展示了一款具有超過 14,000 個CNFET的16位元微處理器，可執行與商用微處理器相同的任務。該16位元微處理器(RV16X-NANO)採用RISC-V 開源晶片架構，是具有一組微處理器可以執行的指令。該研究者Max M. Shulaker宣稱是由新興奈米技術製成的最先進的晶片，有望實現高性能和節能計算。

碳奈米管微處理器的3 大挑戰

Shulaker認為這款16位元微處理器，須解決生產碳奈米管微處理器的3 大挑戰：材料缺陷、製造缺陷和功能問題。

Shulaker說：由於，一小部分碳奈米管是金屬性的，這將減緩或阻止電晶體的開關。為解決這些問題，一個先進的電路可能需要純度約99.999999%的碳奈米管。因此，研究人員提出了一種名為 DREAM （designing resiliency against metallic CNTs，設計抗金屬性的碳奈米管）的技術，這個方法可以讓碳奈米管的金屬性不會干擾到計算。必須在過程中，將嚴格的純度要求降低了約 4 個數量級，即縮小了 10,000 倍，這意味著他們只需要純度達到 99.99% 左右的碳奈米管，而這是目前可以製備出來的。

設計電路通常需要一個由連接到電晶體上的不同邏輯門組成的庫，這些邏輯門可以組合在一起，就像字母組合在一起拼出單詞一樣來創建加法器和乘法器。研究人員發現，金屬性的碳奈米管對這些門的不同組合的影響是不同的。例如，A 門中的一個金屬性碳奈米管可能會破壞 A 和 B 之間的連接，但 B 門中的幾個金屬性碳奈米管可能不會影響 A 和 B 之間的任何連接。

於是，晶片設計時許多方法在電路上使用代碼。研究人員進行了模擬，以探索如何使所有不同門的組合都是穩定可靠的，且對於所有金屬性的碳奈米管都是相反的。然後，他們定制了一個晶片設計程式，自動地尋找最不受金屬性碳奈米管影響的組合。在設計新晶片時，程式只利用穩定可靠的組合，同時忽略了那些不穩定的組合方式。

找到製程過程去角質的關鍵方法

CNFET製造的第一步，就是將碳奈米管在溶液中沉積到具有預先設計好電晶體結構的晶圓上。然而，這過程中有些碳奈米管會隨機粘在一起，形成像義大利麵串成一大束小球一樣，在晶片上形成了大顆粒污染物。

為了清除污染物，研究人員發明了RINSE 技術（removal of incubated nanotubes through selective exfoliation，通過選擇性去角質的方法去除培養中的奈米管）。他們用一種促進碳奈米管粘合的試劑對晶圓片進行預處理。然後，在晶圓表面塗上某種聚合物，並浸入一種特殊的溶劑中。這樣可以將聚合物沖走，而且聚合物只能帶走大的碳束，單個碳奈米管仍會粘附在晶片上。與其他類似的方法相比，該技術可使晶片上的顆粒密度降低約250倍。

最後，研究人員解決了CNFET常見的功能問題。二進位計算需要兩種類型的電晶體：N型電晶體用 1 bit 打開，而 P 型電晶體則相反用 0 bit 關閉。一直以來，用碳奈米管製造這兩種類型的電晶體是一項挑戰，因為通常會產生性能各不相同的電晶體。為了解決該問題，研究人員開發出一種叫MIXED（metal interface engineering crossed with electrostatic doping，金屬介面工程與靜電摻雜交叉）的技術，它能精確地調整電晶體的功能和進行優化。

在這項技術中，他們把某些金屬（鉑或鈦）附著在每個電晶體上，這樣就可以將電晶體固定為 P 型或者 N 型。然後，他們通過原子層沉積將 CNFET 覆蓋到一種氧化的化合物上，從而使他們能夠調整電晶體的特性，以滿足針對不同應用程式而產生的特定要求。例如，伺服器通常需要運行速度快、耗電多的電晶體；而可穿戴裝置和醫療植入物可能需要運行較慢、功率較低的電晶體。

麻省理工學院的研究團隊表示，該製造技術現在已與一家矽晶片代工廠進行合作，預計在五年內可上市。

3.心得/評論：
碳奈米管電晶體效能相較於傳統矽材料，能源效率和運作速度的表現上高出10倍左右，是高效且環保的替代品，徹底改革過去製造晶片的方式。

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推 yutaka28    : 跟哪一家合作?
推 madeinheaven: 怎沒說跟哪間代工廠合作?
推 KimJongUn   : 現在國族主義高漲 沒意外 是ibm或gf,這種 美國讓晶
→ KimJongUn   : 圓代工技術流向台灣吃過一次大虧了 不會犯第二次錯
→ KimJongUn   : 的 尤其有川普當道
推 rtwodtwo    : 跟3M合作嗎?啊不對 那是石墨烯
推 aegis43210  : GG也在研究啦，真正商業量產可能要到2030年
→ KimJongUn   : 原報導看到了 好多中國名字 漢語拼音的 XD
→ transfight  : 開玩笑GG 也有研究下世代的方案
→ luche       : 還以為是MIC
推 execute     : http://www.tcnt.tw/AboutUs
→ execute     : 我是覺得玩不起來 最基本的設備沒人做
→ execute     : 以前像個傻子拿奈米炭管分散液跟客人介紹 客人問我
→ execute     : 該怎麼塗怖量產  無解 沒有設備沒有下一步
推 Narcissuss  : 沒輪班星人 良率0
→ yunf        : 只有十倍註定沒啥意義
噓 mirac1e     : 什麼時代還在奈米碳管 graphene-base都快做出來了
→ mirac1e     : 而且奈米碳管根本不可能用在大型電路上面
→ yunf        : 設備是量產的問題 有機械系的就可以處理
→ yunf        : 而且很多條件也沒說像是他在常溫中運作 如何
→ yunf        : 他有什麼是絕對贏過矽晶片的?
→ yunf        : 不過他說五年內可上市真的蠻強的
→ yunf        : 說不定在整個生產模組上只有原料的差別
→ tabrisPTT   : 要等量產還不知道要多久
推 KimJongUn   : 有質疑ok啊 但開噓也太早 人家是解決了連ibm都解決
→ KimJongUn   : 不了的問題的團隊耶
噓 m4vu0       : 不能用的東西總是喜歡吹成未來趨勢
→ m4vu0       : 學術界的通病
推 jerrylin    : 台積電要不要先把這專利買下來??
推 yesonline   : 閒閒沒事的人可去撈號稱x年內上市論文,看實際成果.
噓 mirac1e     : 學術界的解決問題 就是做一堆實驗萬中選一
→ mirac1e     : 實務上奈米碳管就是沒辦法用在電路上啊
→ mirac1e     : CNT電路要是能弄的出來 graphene不會紅成這樣
推 manlike     : Intel 笑而不語 :D
推 ims531      : 不是說是台灣學生嗎 連個名字都沒有 心酸
→ kuma660224  : 能量產再說....實驗跟商業是很遙遠距離
→ kyova       : graphene難道可以大面積量產????
→ kyova       : 很多就是量產論文用的... 很少人認為可商業化
推 Qpera       : 五年後矽晶片可能是現在的5倍速，而且可大規模成熟
→ Qpera       : 量產。這個理論十倍速的東西瞬間變垃圾
→ kuma660224  : 5年後是2024, 那時已預估做到2nm
→ kuma660224  : 3nm已經是成熟普及
→ kuma660224  : 而且還有3DIC垂直堆疊
→ kuma660224  : 看看EUV,原本Intel十幾年前就研究
→ kuma660224  : 覺得實驗成功後，2004能商業量產.....
→ kuma660224  : 15年就這樣過去了....
→ yunf        : EUV快20年前在勞倫斯實驗室研發的時候我就在研究了
→ yunf        : 當時投資的團隊很多連amd也有
→ yunf        : 久歸久但還是問世了
→ yunf        : 這個技術是是節省能源 現在更屌的就是創造能源
→ yunf        : 有一天能源的取得會像4G吃到飽一樣世界會是什麼樣子
推 Scansnap    : 林本堅博士的浸潤式不用，去用EUV？同時間的對手很
→ Scansnap    : 重要，EUV當初也不是沒對手，台積也同時壓E beam，
→ Scansnap    : 只是EUV勝出
→ Scansnap    : 任何一個環節出錯就再見
→ Scansnap    : EUV勝在產率，哪會比 E beam 節能
→ Oskar       : 本夢比 不知道能不能量化一下