柔性材料制造的微处理器问世 元件也可以弯曲了

研究人员用类似于石墨烯的二维材料制造出微处理器，有些人认为，这种神奇的弹性导电材料可能会给电池、传感器、芯片设计带来革命性的变化。处理器只有115个晶体管，从测试标准上看它并没有什么惊人的，不过维也纳科技大学的研究人员在报告中表示，这是第一步，标志着我们朝着2D半导体微处理器前进了第一步。二维材料有一个优点：非常灵活，也就是说它可以轻易放进可穿戴设备、联网传感器，而且还不容易损坏。比如我们如果掉了手机，手机会弯曲，而不是破碎。其实，现在的半导体和屏幕已经相当薄了，不过它们依赖材料的三维物理特性。如果将硅圆晶弯曲，它就会破裂。维也纳科技大学使用石墨烯等2D材料或者过渡金属硫族化合物，它们是真正的二维材料，是用晶体制造的，只有一层原子或者分子的厚度，所以可以弯曲。过渡金属硫族化合物是一种混合物，包含了过渡金属，比如钼、钨和硫族元素。和石墨烯一样，过渡金属硫族化合物形成层，不过它和石墨烯不同，化合物能够像金属一样导电，它们属于半导体，这种特性对于柔性芯片设计师来说是一个好消息。研究人员用二硫化钼制造微处理器。他们在硅基片上放置2个层，层的厚度与分子差不多，上面刻有电路设计，然后用氧化铝层分开。报告称：“基片只是作为介质载体存在的，没有其它功能，所以可以用玻璃或者其它材料替代，包括柔性基片。”最近推出的英特尔芯片都采用了64位技术，它可以理解成百上千条不同的指令，具体是多少要看你是怎样计算的，它包括了几亿个晶体管。维也纳科技大学开发的微处理器一次只能处理1位数据，只能理解4种指令（NOP、LDA、AND、OR），电路宽2微米，比最新的英特尔处理器和ARM处理器宽了100倍。研究人员说，如果继续开发，可以让微处理器变得更复杂，同时缩小尺寸。在制造时，研究人员刻意选择了大尺寸，这样二硫化钼薄膜不容易穿洞、破裂或者污染，用光学显微镜检查结果时也会更容易一些。报告称：“我们认为，将1位变成多位数据没有任何障碍。”唯一的挑战在于降低瞬变电阻，用亚微米工艺制造面临这样的挑战。并不是说制造就很容易。虽然制造子单位的良率很高，大约80%的算术逻辑运算单元都可以正常运行，但是因为它采用的是无故障容错设计，所以只有很少的一部分成品设备可以正常使用。为了解决良率问题，商务微处理器制造商引进了芯片设计模块，用不同的速度测试。芯片的运行速度越高成本也越高，错误的子组件可以永久禁用，这种芯片同样可以出售，只是性能没有那么强。英特尔从4004芯片（4位中央处理器，46条指令）发展到最新的x86 Kaby Lake用了整整46年，一路上整个产业都在不断了解微制造技术，相比而言柔性半导体研究的进步速度还是算快的。