性能远超越硅材料？首款碳纳米管RISC-V处理器面世

北京8月28日消息，英国《自然》杂志近日发表了一项计算科学最新进展：美国麻省理工学院团队利用14000多个碳纳米管晶体管，制造出16位微处理器，并生成一条信息。其设计和制造方法克服了之前与碳纳米管相关的挑战，将为先进微电子装置中的硅带来一种高效能替代品。

我们都知道，集成电路是现代信息技术的基石，随着摩尔定律逐渐逼近极限，芯片想要做得更小，硅材料在散热、功耗等方面就会呈现出短板。早在2006年，国际半导体技术路线图委员会就认为，摩尔定律将在2020年达到极限。故此，他们认为碳基纳电子学（包括碳纳米管和石墨烯）作为可能在未来五至十年内显现出商业价值的下一代技术。

而碳纳米管是一种潜在的可用于制造高效能器件的替代材料，又名巴基管，重量很轻，结构特殊——主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。目前碳纳米管已经表现出优异的力学和电学性能。根据测算，在步入10纳米技术节点后，碳纳米管的芯片性能和功耗都比硅芯片有了明显改善。例如，从硅基7纳米技术到5纳米技术，芯片速度大约提升20%，而碳纳米管基7纳米技术的芯片速度将提升300%。

但碳纳米管自身的缺陷和可变性，限制了这些微型碳原子圆柱体在大规模系统中的应用。单壁碳纳米管按其卷曲方向有(n,m)两个参数，当（n-m）可以被3整除时，单壁碳纳米管是金属性的；反之则为半导体性的。金属性单壁碳纳米管的导电性与金属相同，电流随电压增大而线性增加；半导体性的则程非线性，且对门电压有明显响应。也就是说，不可避免地，一小部分碳纳米管将会呈现金属特性，并且将减慢或阻止晶体管切换。对于这些故障，先进的电路将需要纯度在99.999999%左右的碳纳米管，这在今天几乎是不可能生产的。

编辑：芯智讯-林子