明天的另類電腦芯片

1、明天的另類電腦芯片計算機芯片提速也許還剩十年的路程，基于硅片加工的計算機芯片其運算速度也 就可能到頭。一方面，單位面積上能夠微集成的晶體管數量有極限，現行加工工藝已到了 0.13微米，更細微的刻版，0.09， 0.05 微米？如按現行方式基本 上到頭。另一方面的原因在于金屬的物理特性， 畢竟運算信號一秒鐘要在成百萬 條電路和成千萬個晶體管中跑，芯片材料的導電性能也將制約運算速度。 不過天 無絕人之路，人的腦袋那么精靈，而且這行道實在賺錢，已經有人為芯片的第二 次革命操“芯 DOUBLE_QUOTATI©(也是操 ”薪“)。激光芯片 寬帶光纖正取代銅線或鋁線。如果我們今天上網從 PC到

2、網關到服務器，都是徹 徹底底的銅線，那可能就根本沒有今天的互聯(lián)網， 也沒有今天的現代通訊。當我 們的主干網絡，辦公室局域網，甚至一些家用寬帶都使用光纖時，而我們網絡之 中的計算機和服務器仍然使用的是基于金屬的技術。在過去的半年中，新的技術開發(fā)取得了重大突破，計算機芯片的加工和集成將隨 之而出現根本性改變。在現在的計算機中，數據是通過芯片細微的金屬通道傳輸 的，在不會太遙遠的未來，那些細微的金屬通道將被激光脈沖組成的光纖回路所 取代。甚至有可能將光纖和金屬回路組合在一起，在芯片中構成開放式光電回路?，F在的芯片金屬電路才剛剛開始處理 1G的運算流量，當未來的芯片交通量提高 到1T(trillion

3、 )的通量級別，金屬電路就有點象人民公社的機耕道，上不了 速度。此時必須修高速公路。在現有芯片回路中的那些交通堵塞的主要路口將首 先被光纖快速通道取代。電子在金屬線路中的流動速度，比光通過空氣或光纖的傳遞速度慢。 那是因為金 屬有電阻，同時金屬還在過程中產生熱。雖然在計算機或芯片中數據傳輸距離非 常有限，但使用光來傳輸數據更為高效。 因為光的另一個關鍵優(yōu)勢在于，不同頻 率的光可在同一通道中傳遞。這種多頻傳輸特性容許僅僅使用一條光纖通道取代 數個金屬電路。事實上，我們今天的電子通訊正是基于這種方式作業(yè)。在光纖系統(tǒng)，激光脈沖傳遞數據。目前人們正在開發(fā)硅激光，并把它集成到芯片 中，產生開和關脈沖信號

4、。開發(fā)出這種硅激光器是激光芯片的基礎。開發(fā)激光芯片難度頗大，因為用于芯片所有硅材料根本就不是光導體。當然可以 做硅合金材料，但成本高昂難以商品化。自去年底以來，歐美科學家先后突破了 一項尖端技術，用微硅晶體放大光強，從而有效發(fā)射光束。這是硅激光的關鍵一 步，但是仍不足以解決激光芯片的全部問題，而只是預示出最終方案的發(fā)展方向。 如果此舉成功，芯片廠家將找到基于現有芯片加工基礎， 而又飛躍提速的解決方 案，現有芯片工業(yè)上百億的產業(yè)投資將得以保存。用微硅晶體放大光只是解決問題的第一步，欲產生激光束則是另一回事?？茖W家 們認為得采用三明志的方法用鏡子夾微型硅晶體，從而讓光來回反射增強，激活 硅原子發(fā)出

5、激光束。這里如何把硅晶體周圍的鏡子直線對中， 要求加工工藝的完 全創(chuàng)新。還有激光電力供應必須來自芯片內部， 而不能額外供應。最后一個疑難 是數據的交通指揮。傳統(tǒng)芯片由晶體管分流數據，光學模擬之后，這項任務尚為 難題，等待突破。以光的速度運算，不是不可能。基于光學運算的計算機或個人設備將越來越接近 現實。激光芯片還要多少年？科學家們說， 開發(fā)至少還要等三年，而主流應用將 是20- 30年的事。塑料芯片如果說激光芯片是讓芯片速度鳥槍換炮的話， 那么塑料芯片則使芯片的加工成本 輕如鴻毛，加工條件易如反掌。歐美科學家正試樣新型有機分子材料， 期望開發(fā) 出價廉物美，隨用隨扔的塑料半導體芯片，其速度和功能

6、與硅片電路指揮控制的 筆記本LCD顯示屏的一樣。塑料芯片易于大批量加工生產，它將創(chuàng)建出全新一代計算機元件， 辦公設備，手 握裝置和玩具市場。也許不用太久，我們將看到超輕型 PalmPD A可以把它象皮 包一樣對折，放進褲兜里。或者是有人背著可以卷成筒的活化矩陣顯示屏， 需要 瀏覽是張開，不用時卷起好收藏。所有這樣的用品價格便宜到順手扔棄也不覺得 可惜。用塑料做半導體，做晶體管看似荒唐之極，更不用說科學家要”弄假成真"。因 為人人皆知塑料不是導體，反而是絕緣體。但其實不然，從電學角度，塑料有空 子可鉆。去年，BM菲利普，貝爾實驗室，麻省理工學院等分別開發(fā)出新型塑料 半導體。這些塑料半導

7、體在接近室溫下加工， 采用常規(guī)化學溶劑，因此加工成本 低廉。雖然這還僅僅處于試驗階段，但塑料芯片已顯示出重量輕巧，容易卷折的 特性，而且還可方便噴涂在低價塑料材料上，從而取代硅材和玻璃。IBM的科學家Kagan說，這啟開了整整全新一大類機會。如果我們能以低成本工 藝和常溫加工塑料晶體管，你將可以想象我們身邊的電子設備不知會增加好多。這一時刻一時半會兒還不會來臨。 科學家們預言有5-15年的時間跨度，塑料芯 片才會大規(guī)模生產。同時，沒有人說塑料芯片將取代傳統(tǒng)硅體芯片。塑料芯片不會在同一層面與硅體芯片競爭。塑料芯片將只會在一個特定的市場中應用，而這 類市場已有定位。比如，采用塑料芯片的柔性顯示屏將

8、首先在筆記本和手持設備 市場中應用，從而體現出塑料材料防破碎和輕巧的優(yōu)越性。還有象智能卡，電子 傳感器也將是它的潛在市場。理論上，凡在應用和加工方面，成本和重量是核心 的行業(yè)，塑料芯片都大有可為。塑料芯片的加工成本節(jié)約有多少？高重量硅晶體 每平方英寸價值美元，而塑料芯片價格只有每平方英寸/dataO/apache/cgi -美元。一千倍之差。塑料為什么不導電？因為塑料由大數量同時無序的分子聚合組成，放大看就象是一大碗擔擔面，混亂如麻。因此，電流一上塑料材料就四處碰壁，哪條通道皆不 通，立刻死掉。80年代，人們發(fā)現了有機聚合物的導電性，但速度很慢。近一 兩年研究獲得進展，新型材料被開發(fā)出來，其分子組成象撲克牌一樣排列有序， 雖然導電性有極大提高，但需真空加工，而且壽命有限。經改進以后，從去年開始，塑料芯片樣機現身。貝爾實驗室的塑料芯片技術已用 于E Ink的電子印刷油墨樣品，電子紙張，電子涂屏顯示器已有展出。菲利普已 開發(fā)出64x64線的柔韌塑料顯示屏樣機。IBM的塑