后摩尔定律时代谁来主导芯片产业

　　多核给软件带来了挑战。世界上功能最强大的超级计算机里面有数千个核，而在普通的消费类产品中，即便只是想极高效地利用几个核心，都需要新的编程技术来划分数据和处理，并且协调任务。上世纪八九十年代，研究人员已经为超级计算机解决好了并行编程的基础性工作，而现在的难题是开发出用来编写消费类应用软件的语言和工具。据悉，微软研究部门已发布了F#编程语言。瑞典爱立信公司推出的一门早期语言Erlang催生出了几门更新的语言，包括Clojure和Scala。伊利诺斯大学等院校也在为多核芯片研发并行编程技术。

　　如果这些方法能得到完善，桌面和移动设备就可以有几十个或更多个并行处理器，这些处理器单个所含的晶体管数量都少于现有芯片，但作为一个整体，运行速度更快。

　　更薄的材料：纳米管和自组装

　　近十年来，业界权威将纳米技术作为解决医学、能源以及集成电路等行业各种挑战的候选方案。一些拥护者更是认为，制造芯片的半导体行业实际上已经形成了一套纳米技术学科，专门研发、生产越来越小的晶体管。

　　不过更现实的希望是，纳米技术让工程师们可以制造出特制分子(DesignerMolecule)。比如，用碳纳米管组装而成的晶体管可以做得极小。IBM公司的工程师们已制造出用碳纳米管而不是硅作为传导衬底的传统互补金属氧化物半导体(CMOS)电路。来自该研究小组的JoergAppenzeller现任职

　　排列分子、甚至排列原子很棘手，特别是由于需要在芯片生产期间对它们进行大批量组装。一种解决方案是使用能自组装的分子：把这些分子混合起来，然后让它们受到热、光或离心力的作用，让它们自己排列成所需的图案。

　　IBM已研究出如何利用化学键结合的聚合物来制造内存电路。分子被放到硅晶片表面上经加热后延展形成蜂巢结构，蜂巢孔的直径只有20纳米。然后，将图案蚀刻到硅片上，形成这种尺寸的内存芯片。

　　速度更快的晶体管：超薄石墨烯

　　不断缩小晶体管尺寸的目的是为了缩小电气信号在芯片里面传输的距离，从而加快处理信息的速度。但一种特别的纳米材料—石墨烯(Graphene)有望带来更快的速度，这归功于其天生的结构。

　　处理信息的逻辑芯片大多使用由CMOS技术做成的场效应晶体管。晶体管就好比是一块狭长、长方形的多层蛋糕，最上面一层是铝(或者最近常用的多晶硅)，中间一层是绝缘氧化物，最下面一层是半导体硅。石墨烯(最近剥离出来的一种碳分子)是一片在同一平面重复的六边形，外观像六角形铁丝网，但厚度只有一个原子层厚。石墨烯片彼此堆叠起来，形成矿物质石墨，也就是我们所熟悉的那种铅笔“芯”。纯晶体形式的石墨烯在室温下传导电子的速度超过其他任何材料，比场效应晶体管快多了。由于散射或与晶格中的原子发生碰撞，电荷载体损失的能量非常少，所以产生的废热比较少。科学家们直到2004年才剥离出石墨烯这种材料，因此这方面的研究工作仍处于早期阶段，但研究人员对于研制出宽度只有10纳米、高度只有一个原子大小的石墨烯晶体管满怀信心。众多电路也许有望蚀刻到一块小小的石墨烯片上。

　　大小：采用交叉线寻求突破

　　如今可以制造出来的尺寸最小的商用晶体管只有32纳米宽，相当于96个硅原子的总宽度。业界普遍认为，想利用几十年来不断完善的光刻技术制造出尺寸小于22纳米的元件极其困难。

　　但是，有一种方法可以制造出尺寸相似的电路元件，又能提供更强大的计算功能，那就是交叉线设计(CrossbarDesign)。交叉线设计方法是在一个平面上有一组并行纳米线，同第二组与该平面成直角的纳米线交叉(相当于两条互相垂直的公路)，而不是全在一个平面制造晶体管(就像把多辆汽车塞到一条堵塞公路上的几条车道)。两组纳米线线之间有一个分子厚的缓冲层。这两组线之间存在的许多交叉点名为忆阻器(Memristor)，其工作方式类似开关，可以像晶体管那样表示1和0(两位数，即比特)。不过忆阻器还能存储信息。这些功能结合起来，就能执行诸多计算任务。实际上，一个忆阻器就能完成10到15个晶体管的工作量。