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中国科学家发明新的单晶体管逻辑结构

时间:2019-5-31, 来源:互联网, 资讯类别:行业知识

导读:内地的科学家说,他们已经研发出一种晶体管,这种晶体管将大大增强芯片的性能,并大幅降低它们的能耗。现如今,市场上最先进的计算机芯片使用7纳米晶体管。日前,复旦大学科研团队近日在集成电路基础研究领域取得一项突破。他们发明了让单晶体管“一个人干两个人的活”的新逻辑结构,使晶体管面积缩小50%,存储计算的同步性也进一步提升。

中国科学院微电子研究所微电子设备与集成技术领域的专家殷华湘说,他的团队已经研发出3纳米晶体管——相当于一条人类DNA链的宽度,在一个指甲盖大小的芯片上能安装数百亿个这种晶体管。

殷华湘说,晶体管变得越小,芯片上就能安装越多的晶体管,这会让处理器的性能显著提升。晶体管是处理器的基本部件。殷华湘说,用3纳米晶体管制造的处理器将会增加计算速度,并降低能耗。比如一位智能手机用户可以整天玩需要大量计算能力的游戏,却不需要为电池重新充电。

殷华湘说,他的团队还必须克服一些重大障碍。他们的研究成果本月部分发表在同行评议杂志《电气与电子工程师协会电子器件通讯》上。其中一个障碍是“波尔兹曼暴政”。路德维希·波尔兹曼是19世纪的奥地利物理学家。“波尔兹曼暴政”描述的是有关电子在一个空间中的分布问题。对芯片研发者来说,这意味着随着更多较小的晶体管安装到芯片上,晶体管所需电流产生的热量将烧毁芯片。

报道称,物理学家已经为这个问题提供了解决办法。殷华湘说,他的团队使用一种称为“负电容”的方法,这样他们能用理论上所需最小电量的一半电量来为晶体管提供电力。这种晶体管实现商业应用可能要花几年时间。该团队正在进行材料和质量控制方面的工作。

殷华湘说:“这是我们工作中最激动人心的部分。这不仅是实验室中的又一项新发现。它有着实际应用的巨大潜力。而我们拥有专利。”

报道称,殷华湘说,这项突破将让中国“在芯片研发的前沿同世界头号角色进行正面竞争”。他说:“在过去,我们看着其他人竞争。现在,我们在同其他人竞争。”

据报道,中国还在研发一种原子大小(0.5纳米)的晶体管,而其他国家已经加入将3纳米晶体管投入市场的竞赛。

目前的晶圆都是由硅元素生产制成,已知硅原子的直径大约是0。22nm,再考虑到原子之间的距离,理论极限至少是0。5nm,但肯定没有任何公司可以做到。普遍认为3nm将是芯片制程工艺的极限。

事实上自从晶体管制造工艺进入10nm时代之后,继续提升制程工艺变得原来越困难,特别是Intel在14nm工艺上足足停留了5年之久,因此想要继续提升芯片性能最好的办法就是另辟蹊径。

日前,复旦大学科研团队近日在集成电路基础研究领域取得一项突破。他们发明了让单晶体管“一个人干两个人的活”的新逻辑结构,使晶体管面积缩小50%,存储计算的同步性也进一步提升。

复旦大学微电子学院教授周鹏指出:“这项研究工作的核心内容是利用原子晶体硫化钼做出了新结构晶体管。在此基础上,团队发明了新的单晶体管逻辑结构,在单晶体管上实现了逻辑运算的‘与’和‘或’。”因此原先需要2个独立晶体管才能实现逻辑功能,现在只要1个晶体管即可。


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