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石墨烯為什么無法在CPU中完全取代硅?

鉅大LARGE  |  點擊量:5470次  |  2018年07月01日  

摘要
去年年初,IBM就在《科學》雜志上發表論文宣布,他們已經用石墨烯晶體管制造出了頻率高達100GHz的電路,預示了石墨烯應用中的美好未來。一時間大家似乎已經樂觀的認為,石墨烯將在未來數年內取代硅,成為制造高性能處理器的基本材料。然而,IBM研究院納米技術領域專家林郁明(音)博士日前在接受CustomPC雜志采訪時一針見血的指出,石墨烯無法在數字計算領域完全取代硅的地位。

去年年初,IBM就在《科學》雜志上發表論文宣布,他們已經用石墨烯晶體管制造出了頻率高達100GHz的電路,預示了石墨烯應用中的美好未來。一時間大家似乎已經樂觀的認為,石墨烯將在未來數年內取代硅,成為制造高性能處理器的基本材料。然而,IBM研究院納米技術領域專家林郁明(音)博士日前在接受CustomPC雜志采訪時一針見血的指出,石墨烯無法在數字計算領域完全取代硅的地位。

石墨烯(Graphene)是石墨的一種特殊存在形式,呈二維結構,由蜂窩狀的單層碳原子組成,因此又被稱為單層石墨,已成流行詞匯的“碳納米管”實際上也可被視為是滾成桶狀的石墨烯。石墨烯擁有獨特的物理、化學和結構特性,其在集成電路領域的應用近來被業界看好。

林郁明解釋稱,IBM之前展示的石墨烯晶體管和CPU中使用的晶體管有著明顯的區別。石墨烯晶體管不存在能隙(Energygap),因此無法被“完全關閉”,導致只有很小的開關比(on/offratio)。

雖然不能用于完全取代硅制造CPU,但他也表示石墨烯可以和硅互為補充,以混合電路的形式擴充計算機芯片的功能。比如,IBM之前展示的石墨烯電路就是一種RF射頻芯片,此類電路不依賴于較高的開關比。

至于石墨烯的優點,林郁明表示石墨烯晶體管電路的尺寸在理論上是無限的。相較于硅基電路,石墨烯可以更方便的擴大規模。這是因為石墨烯由單層原子組成,而硅芯片在厚度降低到原子級別的時候則會明顯影響質量。

另外,由于電子在石墨烯電路中的運行速度遠高于硅,因此石墨烯電路可以運行在比硅電路高得多的頻率上,比如100GHz甚至1THz。

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