至少過去的五十年時間我們?nèi)康挠嬎銠C(jī)、游戲機(jī)、智能手機(jī)、汽車、媒體播放器甚至是鬧鐘的處理器核心都是由硅組成的。但是科學(xué)家和研究人員現(xiàn)在認(rèn)為硅晶體處理器即將達(dá)到它們的極限。IBM公司的科學(xué)家們似乎已經(jīng)找到了一種真實(shí)的方式拋開硅晶體而轉(zhuǎn)向碳納米管。

碳納米管未來將取代硅成為處理器芯片材料

　　碳是自然界中多才多藝的元素，表現(xiàn)形式包括煤炭、鉛筆芯和鉆石等。它的表現(xiàn)形式之一是石墨烯。你可以把石墨烯想象成有點(diǎn)像分子組成的鋼絲網(wǎng)：單個碳原子以六邊格的形式結(jié)合在一起，形成只有一個原子厚的薄層。碳納米管就是一張石墨烯薄片卷起來形成的一個圓柱。碳納米管的長度超過它的寬度1億倍。那對我們來說仍然是很微小的，但是碳納米管能夠比任何其它已知的圓柱形納米結(jié)構(gòu)都要大的多。如果你想要設(shè)計處理器芯片這樣的小物品時那是非常有用的特征。
　　像硅、碳納米管也是半導(dǎo)體，而且理論上在某些情況下導(dǎo)電性是銅的百倍。這就使它們它們成為為數(shù)不多能夠在芯片設(shè)計上取代硅的材料之一。指望使用碳納米管制造處理器的芯片設(shè)計師面臨一個主要問題：如何處理它們并且把它們安置成為處理器所需要的各種各樣模式。目前的芯片制造商基本上都是將硅晶片嵌入到導(dǎo)電材料的圖層中，然后使用化工產(chǎn)品或者激光和粒子束蝕刻的方法來刻繪出線路和個體三極管。晶體三極管是數(shù)字處理器的絕對核心，不僅負(fù)責(zé)存儲而且負(fù)責(zé)設(shè)備中的代碼運(yùn)行。傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)制作的晶體管不會使用納米管，但是IBM公司的研究人員提出一項(xiàng)新的技術(shù)能夠使碳納米管靈巧的對準(zhǔn)了蝕刻在晶片上的路線。
　　這些碳納米管結(jié)合的多么緊密？根據(jù)IBM材料科學(xué)家詹姆斯-漢諾所說，大約每平方厘米存在十億納米管。使用碳納米管打造的處理器能夠使數(shù)字技術(shù)繼續(xù)穩(wěn)步前進(jìn)。自從1958年開發(fā)出第一套集成電路，晶體管制造商的數(shù)量大約每兩年就會翻一番。硅還沒有走到路的盡頭，芯片制造商已經(jīng)開始為新一代或者說第二代硅芯片開發(fā)做準(zhǔn)備。芯片正逐漸變得如此微小以至于都能夠使用單個原子進(jìn)行測量。這就為制造這種芯片設(shè)置了一個高門檻，制造商每生產(chǎn)一個處理器都需要執(zhí)行十億次原子精度的操作。
　　理論上說，碳納米管制造的處理器能夠比目前的晶體管技術(shù)更加的小。就像今天的處理器一樣，更小的體積意味著消耗更少的能量。對于移動設(shè)備來說那就意味著更少的熱量和更長的電池壽命。此外碳納米管的電性能也意味著它們能夠比硅晶體管實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)通斷，這就意味著它們能夠以比現(xiàn)在的芯片更快的速度進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。因此納米管處理器將更小、更快，而且由于它們是由碳組成，或許也就更環(huán)保。事實(shí)上并非如此，盡管碳納米管確實(shí)比許多高科技產(chǎn)品中的材料給環(huán)境帶來較小的危害，制造碳納米管處理器的過程不太可能比制作硅晶片更環(huán)保，更不用期待它們能夠?qū)崿F(xiàn)生物降解了。同樣的，這種芯片仍然難以制造而且昂貴。就像今天最新、最快的芯片只能夠?yàn)樽钊A麗的高端設(shè)備使用。碳納米管處理器或許將是計算機(jī)的未來技術(shù)，但是它們出現(xiàn)在零售商的貨架上還需要很長一段時間。