“摩尔定律”在芯片制造领域会延续下去吗？

贾延安

　　“摩尔定律”在芯片制造领域会延续下去吗?当以英特尔和AMD为代表的IT厂商将它证明了数十年之后，回答问题的关键已不是“会”与“不会”，而是如何延续下去。8月17日，蓝色巨人IBM给出了与众不同的答案。

    IBM公司的研究人员正在使用DNA和纳米技术的组合，开发更强大和更高能效的计算机芯片，同时造价也比较便宜。IBM公司表示，新一代的芯片具有强大的功能、更快的速度、更加节能，而且比较容易制造。这将主要得益于DNA技术和纳米技术的结合。因为DNA分子可作为棚架，使碳纳米管在其中组装成精确模式。这可以帮助芯片制造商从45纳米处理器技术发展到22纳米或更小。而且，新技术还可以帮助芯片设计师跟上摩尔定律。摩尔定律预测芯片上的晶体管数量将每两年翻一番。

    据了解，DNA的作用就像是“脚手架”，可以自动分拣出数百万的碳纳米管，然后通过黏合的方式对其进行既定组合。从理论上来说，只要使用纳米管、纳米粒子或硅纳米线，这一技术就可以在传统半导体制造方面得到大规模应用。

    发表在《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志的一篇论文中，该研究小组描述了他们所采用的所谓“DNA折纸”(DNA origami，又称为人造DNA纳米结构)方法。“DNA折纸”就是指一片片基因材料，可用来排置成类似常用于电脑及其他电子设备中的芯片所采用的晶格结构。DNA支架构建好之后便可以插入纳米管制成芯片。这种芯片与当今最先进技术所能制成的芯片相比，尺寸是后者的几分之一，并且速度也快许多。据该论文所述，该工艺过程可以生产的芯片间距只有6纳米。目前大多数商业化生产的芯片多在45纳米，而最先进的技术所能生产的芯片在22纳米的水平。

    “新的设计思路和技术将有效平衡芯片的性价比，同时缓解了改善芯片性能的限制因素，以使得芯片发展跟上摩尔定律，并推动整个半导体产业的发展”，IBM研究院的科学和技术经理Spike Narayan一份声明中指出，“结合当前的自我直接封装技术，最终可能会导致芯片制造过程中最耗费成本和最具挑战的部分变得简单，并由此节省大量的费用。”

    能够给IBM的DNA计划加以佐证的是，欧洲科学家们已经可以利用DNA制造微型机械零件，包括齿轮、曲管，以及直径为50纳米的沙滩球线框。事实证明 DNA不但可以储存大量信息，而且还具有坚固性及可塑性，是很具吸引力的一种纳米材料。分子生物学近几十年来的研究进展表明，科学家们有能力利用DNA进行随心所欲的编程设计。“DNA的主要优势是我们对它很熟悉，”德国慕尼黑理工大学生物分子纳米技术实验室的现任负责人亨德里克?迪茨(Hendrik Dietz)说，“DNA是我们唯一可以在纳米尺度上进行编程设计的材料。”

    虽然像英特尔和AMD长期以来一直期望通过多核等手段在一个芯片中集成更多的晶体管，但一些观察家们很早就预测说，芯片的功耗问题会在某个时候成为重要的障碍。研究人员正热衷于开发新的技术，使得他们能够在继续缩小芯片的同时也让芯片的性能更强大，并且制造的成本更低。

    科学家们目前越来越多地将生物材料如DNA和电子及纳米技术等联系起来，以创造更强大的混合材料。例如去年冬天，麻省理工学院的研究人员就利用纳米技术和 DNA共同来医治肿瘤。麻省理工学院宣布，该大学的一批科学家研制用碳纳米管制成的传感器，外面用DNA包裹。然后该传感器放在活细胞内部，以确定化疗药物是否已达到他们的目标或者肿瘤细胞是否还在攻击健康的细胞。

    IBM公司致力于链接DNA与纳米技术有一段时间了。2008年2月，IBM宣布其科学家利用DNA找到一条制造处理器的新途径。现在，IBM又在阐明其在这一领域取得的新进展。目前，处理器制造商主要使用光学刻制技术，它利用光传输半导体样式。这一过程使得工程师很难缩小处理器的样式，而这是提高芯片性能的一个关键部分。为了改进芯片工艺，IBM也曾经开发过硅锗氦过度冷却晶体管和深紫外激光光学光刻技术，惠普则发明了“忆阻器(Memristor)” 电阻存储技术。

    现在，更小的芯片意味着更昂贵的设备和更多的资金投入。但是IBM的研究部经理Spike Narayan称，如果DNA origami技术发展到了可批量生产的水平，制造商们就可以用之前价值数百万美元的复杂工具换来化学聚合物原料，DNA分离技术以及加热设备—这些东西合起来只需要不到一百万美元。

    “从各个方面省下来的经费聚沙成塔，十分可观。”他说。然而更新的进展可能要耗费至少十年时间。 Narayan认为，当DNA origami技术能够让芯片制造商批量制造出用传统的设备无法达到的更小支架时，也许还需要数年时间，不过这毕竟让它们看到了前进的方向和动力。