近日，美國勞倫斯伯克力國家實驗室的一篇論文震驚了整個IT行業(yè)，他們成功地利用碳納米管和一種稱為二硫化鉬的化合物開發(fā)出了全球最小的晶體管，只有1納米。

　　“納米科技”這個詞兒我們都聽說過，1毫米等于1百萬納米，一根頭發(fā)絲平均0.06毫米，1納米的晶體管只有你頭發(fā)絲的六萬分之一的厚度。

　　計算機是以0和1作二進制運算的，晶體管就是最基本的單位，每個晶體管相當于一個開關(guān)，關(guān)的時候表示0，開的時候表示1，晶體管越多，開關(guān)也越多，處理的數(shù)據(jù)越多，性能就越強大。

　　這時候，晶體管的尺寸越小，同樣體積的芯片上就能集成更多，讓芯片不會因性能提升而變得更大。而且，減少體積也可以降低耗電量，所以長久以來，晶體管的大小都是計算技術(shù)進步的硬指標。

　　著名的摩爾定律，曾經(jīng)完美的詮釋了這種進步。它說的就是當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管的數(shù)目約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。通俗一點講就是：我們現(xiàn)在買的一部手機和兩年前的一部手機相比，價錢沒變，大小沒變，但是性能已經(jīng)翻了一倍。

　　摩爾定律的定義歸納起來，主要有以下三種版本：集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18個月就翻一倍。微處理器的性能每隔18個月提高一倍，或價格下降一半。用一個美元所能買到的計算機性能，每隔18個月翻兩倍。摩爾定律并非數(shù)學、物理定律，而是對發(fā)展趨勢的一種分析預測，因此，無論是它的文字表述還是定量計算，都應當容許一定的寬裕度。

　　“摩爾定律”不是自然規(guī)律，他是英特爾的聯(lián)合創(chuàng)始人摩爾1965年發(fā)表在論文上的一個看法，半個世紀以來，芯片產(chǎn)業(yè)的確一直在按照這個規(guī)律發(fā)展，差不多每兩年運算能力翻一番，或者同樣的運算能力，兩年左右體積可以縮小一倍。

　　但是最近，有學者認為“摩爾定律”已經(jīng)失靈了，2年以后我們買到的手機性能也許只會提高50%。其中一個重要的原因就是：晶體管的工藝已經(jīng)遇到了瓶頸。

　　晶體管的工藝制程一直按照摩爾定律進行。

　　比如蘋果iPhone7的A10Fusion處理器，采用是16納米的工藝，目前英特爾最新的處理器采用的是14納米的工藝，與此同時，三星最尖端的技術(shù)已經(jīng)到了10納米，這已經(jīng)非常了不起了，明年10納米的處理器才會量產(chǎn)普及，而臺積電更超前，會在明年嘗試7納米制程技術(shù)。

　　看起來仍然是日新月異欣欣向榮不是嗎?

　　但是再往后就不行了，凡事都有極限，從芯片的制造來看，5納米就是物理極限。一旦晶體管的體積小于5納米，它們在物理形態(tài)上就會非常集中，以至于產(chǎn)生“量子隧穿效應”——晶體管開關(guān)沒法關(guān)閉，導致處理器失控。

　　量子隧穿效應是一種量子特性，是電子等微觀粒子能夠穿過它們本來無法通過的“墻壁”的現(xiàn)象。

　　而伯克力實驗室發(fā)現(xiàn)，低于5納米不是不可能的——只要放棄現(xiàn)在使用的單晶硅圓片，采用新材料碳納米管+二硫化鉬。它不但有同樣的晶體結(jié)構(gòu)，還可以避免隧穿效應。

　　硅的單晶體。具有基本完整的點陣結(jié)構(gòu)的晶體。不同的方向具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導材料。純度要求達到99.9999%，甚至達到99.9999999%以上。用于制造半導體器件、太陽能電池等。

　　目前伯克利實驗室已經(jīng)把論文發(fā)在了《科學》雜志上，雖然從理論突破到轉(zhuǎn)換成實際生產(chǎn)還需要很長的時間，不過摩爾定律卻能因此得到延續(xù)。當新材料再次遇到物理極限，也許就是量子計算機登上舞臺的時候。

　　所以摩爾定律怎么能失靈呢?人民不同意啊!我們要虛擬現(xiàn)實，我們還要人工智能，我們對計算性能的需求根本永無止境。

圖片來源：找項目網(wǎng)