硅谷變“鐵谷”:鐵電材料有望突破計(jì)算機(jī)發(fā)展瓶頸
經(jīng)過(guò)幾十年的反復(fù)再造,硅晶體管開(kāi)始顯現(xiàn)出了其發(fā)展的瓶頸,整個(gè)行業(yè)都開(kāi)始尋找它的替代品。目前一種新的可供選擇的材料出現(xiàn)在了人們面前,如果這種材料可以成功運(yùn)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,這將促使計(jì)算機(jī)處理器不僅能有效提高能源利用率而且還能夠提高運(yùn)算能力并能用于存儲(chǔ)設(shè)備。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/264559.htm研究人員發(fā)現(xiàn),他們可以利用電荷迅速地在四種不同狀態(tài)之間進(jìn)行切換的鐵電材料來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。由這種材料制成的晶體管可以利用這些不同的電荷狀態(tài)表達(dá)比1和0更多這樣的基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)字邏輯,而且它還可以容納這些電荷狀態(tài)而不需要外部供電,這種材料也能夠處理信息以及存儲(chǔ)信息。
IBM的Watson研究中心的科學(xué)家Thomas N. Theis表示,如今硅晶體管已經(jīng)縮小到了納米級(jí)別,它也遇到了難以提升綜合表現(xiàn)的瓶頸期,從而導(dǎo)致不能很好地協(xié)調(diào)功耗過(guò)高、散熱和速度等問(wèn)題。而使用了這類(lèi)處理器的產(chǎn)品都采用了各自不同的方式來(lái)克服這些挑戰(zhàn)。
加州大學(xué)伯克利分校的材料科學(xué)家Lane Martin指出,鐵電材料的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)在于這個(gè)材料并不是一個(gè)新的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。富士通、德州儀器以及其他幾家公司都已經(jīng)開(kāi)始制作鐵電存儲(chǔ)設(shè)備。Martin表示,“我們只不過(guò)是將現(xiàn)有的這種材料技術(shù)用于一些新的領(lǐng)域,因此,如果有公司想要采用它,很快就可以達(dá)到規(guī)?;?。”
Martin與理論化學(xué)家Andrew Rappe共同合作并在賓夕法尼亞大學(xué)進(jìn)行建模并測(cè)試鐵電體。
與硅晶體管一樣,鐵電體可以在不同的狀態(tài)之間進(jìn)行切換從而表達(dá)信息。但是切換的物理現(xiàn)象與硅晶體是完全不同的,鐵電體不局限于在傳導(dǎo)與絕緣狀態(tài)之間切換,鐵電材料也能切換電極——改變材料中電流的方向。
鐵電材料具有天然的電極,可以通過(guò)使用電場(chǎng)來(lái)改變電極方向。到目前為止該切換只需要幾納秒,對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)這樣的速度足夠快,但對(duì)于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理而言,這樣的速度還有點(diǎn)慢,而且它需要消耗相當(dāng)多的能量。
Martin用各種各樣的鐵電材料制作了產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試,包括鋯鈦酸鉛,在測(cè)試中它展示出了更快的切換速度,并且只需要較低的電壓。測(cè)試結(jié)果公布在了Nature Materials雜志上,從結(jié)果來(lái)看這些鐵電材料的切換速度比常規(guī)設(shè)計(jì)至少快了兩至三倍。
IBM的Theis表示,這項(xiàng)測(cè)試研究的結(jié)果似乎表明了我們對(duì)這些材料的理解又取得了非常重大的進(jìn)步。
Martin表示,他和Rappe希望可以不僅僅局限于鐵電材料使用在存儲(chǔ)設(shè)備上。他們的一個(gè)想法是將這些鐵電體與硅材料進(jìn)行結(jié)合,從而制作出一種新型晶體管。這種采用這種晶體管的裝置將會(huì)高效節(jié)能,并會(huì)將計(jì)算處理和存儲(chǔ)結(jié)合為一體。Martin表示,由于這種材料具有十分優(yōu)異的特性,對(duì)于家庭用戶(hù)而言,即使發(fā)生斷電現(xiàn)象也無(wú)需擔(dān)心資料丟失;對(duì)于企業(yè)而言,由于可以集計(jì)算與存儲(chǔ)為一身,可以節(jié)省下建立數(shù)據(jù)中心的一大筆資金。
評(píng)論