第四百二十三章 量子芯片的雏形
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而且芯片做大之后，单个芯片的成本会增加很多，因为芯片内部除了计算控制电路之外，还有通信电路，储存电路，物理内核越多，这些也就越复杂。
毕竟做大之后芯片内部的导线就变长了，电阻也就变大了，在电压不变的情况下，电容充电的速度变慢，如果充电要快的话，就得增加电压，而电压增大了，那么电流也会相应的变大，发热如果过大的话，就直接烧毁了。
如今现实的例子摆在眼前的，是AMD的线程撕裂者的芯片，就比普通的锐龙芯片要大，然而其价格也是非常的高昂。
所以这条路是完全走不通的。
而叶凡的想法，是打算使用碳材料做晶体管，这是一种新颖的流派，曾经也被许多科学家所提出来。
为什么这些科学家认为可以采用碳元素呢？其实这跟碳元素本身的优质特性有很大的关系。
例如说用碳纳米管所做的晶体管，它的电子迁移率可以是硅的一千倍，通俗来说就是碳材料里面的电子群众基础要更加好。
再比如碳纳米管里面的电子自由程特别长，也就是电子的活动要更加的自由，而且不容易摩擦发热。
由于这些底层的优点，所以采用碳来做晶体管，以及替代硅基底层，甚至不用像是硅晶体管那么小，就可以取得同等水平的性能。
例如说阿美坚国防部曾经就在2018年所支持的一项研究，就希望用90nm规格的碳芯片，以实现7nm规格的硅芯片同等的性能。
如今的量子晶体管，其本质上也是另类的硅晶体管，只不过其内部发生迁移的并不是电子，而是量子罢了，但是其本身的硅性质是没法改变的。
而即便是用碳来制作芯片，也是有许多的思路的，只不过这些思路都还是处于探索性的阶段，而最接近实用性的，也就是北大这项研究项目中所涉及的碳纳米管芯片这个领域。
早在2013年，阿美坚斯坦福大学就制造出来了世界上第一台碳纳米管计算机，而到了2019年8月，麻省理工学院发布了全球第一款碳纳米管通用芯片，里面包含了14000个晶体管。
在当时的杂志上，连续刊登了三篇文章来推荐这项成果，由此可见当年到底造成了多大的轰动。
然而即便是麻省理工学院所发表的这项轰动性的研究，也只是包含了14000个晶体管，这比起现在的手机芯片动不动就上百亿个晶体管的规模，还差的很远。
而这里面的症结，就在于制造工艺这四个字上，要想制造出性能堪比商用元器件的碳纳米管芯片，一个重要的前提就是能制造得出高纯度，高密度，排列整齐的碳纳米管阵列。
一旦碳纳米管的纯度，密度不够高的话，或者是排列不争气，就很难可靠的制造出上亿个晶体管这种规模的商用芯片，因为保不准那个晶体管就会出现故障。
曾经麻省理工在2019年所发布的这项研究里面，所用到的碳纳米管阵列的纯度只有四个九，也就是99.99%。
而人们猜测这个纯度至少在六个九或者是八个九的时候，才能够让碳纳米管芯片的性能比肩传统芯片。
在七月份，北大的张志勇彭练矛教授的科研团队，通过独创的制备工艺，在4英寸的基底上，制备出纯度高达六个九，也就是纯度高达99.9999%的碳纳米管阵列。
在密度和纯度这两个重要的指标上，比过去的类似研究高出了1-2个量级。
并且基于这种高品质的碳管阵列，研究人员还批量制作出来了相应的晶体管和环形振荡器来验证这种新工艺的批量生产潜力。
通过实验发现，这些晶体管和环形振荡器的性能，首次超越了在同等尺寸下的传统硅芯片里面的元器件，证明了碳芯片确实是可能比硅芯片要更加强大。
碳纳米管一旦在未来走向产业应用，由于在功耗和性能上的优势，很有可能应用在手机和5G基站这样对能耗比要求比较苛刻的场景。
如果芯片的能耗如果可以继续下降两个两级的话，就可以利用像是人的体液，提问这些非常细微的能量来源进行供电，使用的场景将会比如今的消费电子产品要更加的广阔。
虽然碳确实是有很多的性质非常的出色，一些电学性质甚至比硅还要好，然而碳芯片最大的局限其实是工艺上做绝缘层。
硅衬底做绝缘层只需要氧化得到二氧化硅就可以了，但是碳材料没法通过氧化做绝缘层，这方面的工艺是导致碳没法替代硅的重要因素。
如果可以顺利解决这些问题的话，以大唐科技的实力，可以在三年内量产出成品，而且其中的碳晶体管将会注入如今的量子计算机的量子晶体管，实现量子计算机的小型化。
毕竟如今大唐科技总部地下室的那一千台量子计算机，每一台都像是大冰箱一样大，其中的量子晶体管，量子存储器等东西的体积实在是太大了。
一个量子晶体管的体积，已经达到了巴掌大小，因为受限于其硅的本质，没法做小，所以量子计算机里面动辄上百个量子晶体管，还不包括其他的零件。
这也是量子计算机这么大的主要原因，如果继续延续硅基底来做芯片，甚至是做晶体管的话，那么最小的量子晶体管，也只能做到手指粗细。
若是碳芯片以及碳晶体管的计划可以成功，那么就可以将量子晶体管的体积缩小到如今的主流电子晶体管一样的大小，甚至可以在巴掌大的芯片中，集成上亿个小型量子晶体管。
这样子的话，初步的量子芯片就可以彻底制作出来，有可能到时候一台量子计算机可以做到笔记本大小，但是其算力却比全世界的所有电脑加起来的算力还要高。
毕竟如今的量子计算机并没有量子芯片，而像是第一台计算机一样，采用了大量的晶体管来承担数据的运算。
而且芯片做大之后，单个芯片的成本会增加很多，因为芯片内部除了计算控制电路之外，还有通信电路，储存电路，物理内核越多，这些也就越复杂。
毕竟做大之后芯片内部的导线就变长了，电阻也就变大了，在电压不变的情况下，电容充电的速度变慢，如果充电要快的话，就得增加电压，而电压增大了，那么电流也会相应的变大，发热如果过大的话，就直接烧毁了。
如今现实的例子摆在眼前的，是AMD的线程撕裂者的芯片，就比普通的锐龙芯片要大，然而其价格也是非常的高昂。
所以这条路是完全走不通的。
而叶凡的想法，是打算使用碳材料做晶体管，这是一种新颖的流派，曾经也被许多科学家所提出来。
为什么这些科学家认为可以采用碳元素呢？其实这跟碳元素本身的优质特性有很大的关系。
例如说用碳纳米管所做的晶体管，它的电子迁移率可以是硅的一千倍，通俗来说就是碳材料里面的电子群众基础要更加好。
再比如碳纳米管里面的电子自由程特别长，也就是电子的活动要更加的自由，而且不容易摩擦发热。
由于这些底层的优点，所以采用碳来做晶体管，以及替代硅基底层，甚至不用像是硅晶体管那么小，就可以取得同等水平的性能。
例如说阿美坚国防部曾经就在2018年所支持的一项研究，就希望用90nm规格的碳芯片，以实现7nm规格的硅芯片同等的性能。
如今的量子晶体管，其本质上也是另类的硅晶体管，只不过其内部发生迁移的并不是电子，而是量子罢了，但是其本身的硅性质是没法改变的。
而即便是用碳来制作芯片，也是有许多的思路的，只不过这些思路都还是处于探索性的阶段，而最接近实用性的，也就是北大这项研究项目中所涉及的碳纳米管芯片这个领域。
早在2013年，阿美坚斯坦福大学就制造出来了世界上第一台碳纳米管计算机，而到了2019年8月，麻省理工学院发布了全球第一款碳纳米管通用芯片，里面包含了14000个晶体管。
在当时的杂志上，连续刊登了三篇文章来推荐这项成果，由此可见当年到底造成了多大的轰动。
然而即便是麻省理工学院所发表的这项轰动性的研究，也只是包含了14000个晶体管，这比起现在的手机芯片动不动就上百亿个晶体管的规模，还差的很远。
而这里面的症结，就在于制造工艺这四个字上，要想制造出性能堪比商用元器件的碳纳米管芯片，一个重要的前提就是能制造得出高纯度，高密度，排列整齐的碳纳米管阵列。
一旦碳纳米管的纯度，密度不够高的话，或者是排列不争气，就很难可靠的制造出上亿个晶体管这种规模的商用芯片，因为保不准那个晶体管就会出现故障。
曾经麻省理工在2019年所发布的这项研究里面，所用到的碳纳米管阵列的纯度只有四个九，也就是99.99%。
而人们猜测这个纯度至少在六个九或者是八个九的时候，才能够让碳纳米管芯片的性能比肩传统芯片。
在七月份，北大的张志勇彭练矛教授的科研团队，通过独创的制备工艺，在4英寸的基底上，制备出纯度高达六个九，也就是纯度高达99.9999%的碳纳米管阵列。
在密度和纯度这两个重要的指标上，比过去的类似研究高出了1-2个量级。
并且基于这种高品质的碳管阵列，研究人员还批量制作出来了相应的晶体管和环形振荡器来验证这种新工艺的批量生产潜力。
通过实验发现，这些晶体管和环形振荡器的性能，首次超越了在同等尺寸下的传统硅芯片里面的元器件，证明了碳芯片确实是可能比硅芯片要更加强大。
碳纳米管一旦在未来走向产业应用，由于在功耗和性能上的优势，很有可能应用在手机和5G基站这样对能耗比要求比较苛刻的场景。
如果芯片的能耗如果可以继续下降两个两级的话，就可以利用像是人的体液，提问这些非常细微的能量来源进行供电，使用的场景将会比如今的消费电子产品要更加的广阔。
虽然碳确实是有很多的性质非常的出色，一些电学性质甚至比硅还要好，然而碳芯片最大的局限其实是工艺上做绝缘层。
硅衬底做绝缘层只需要氧化得到二氧化硅就可以了，但是碳材料没法通过氧化做绝缘层，这方面的工艺是导致碳没法替代硅的重要因素。
如果可以顺利解决这些问题的话，以大唐科技的实力，可以在三年内量产出成品，而且其中的碳晶体管将会注入如今的量子计算机的量子晶体管，实现量子计算机的小型化。
毕竟如今大唐科技总部地下室的那一千台量子计算机，每一台都像是大冰箱一样大，其中的量子晶体管，量子存储器等东西的体积实在是太大了。
一个量子晶体管的体积，已经达到了巴掌大小，因为受限于其硅的本质，没法做小，所以量子计算机里面动辄上百个量子晶体管，还不包括其他的零件。
这也是量子计算机这么大的主要原因，如果继续延续硅基底来做芯片，甚至是做晶体管的话，那么最小的量子晶体管，也只能做到手指粗细。
若是碳芯片以及碳晶体管的计划可以成功，那么就可以将量子晶体管的体积缩小到如今的主流电子晶体管一样的大小，甚至可以在巴掌大的芯片中，集成上亿个小型量子晶体管。
这样子的话，初步的量子芯片就可以彻底制作出来，有可能到时候一台量子计算机可以做到笔记本大小，但是其算力却比全世界的所有电脑加起来的算力还要高。
毕竟如今的量子计算机并没有量子芯片，而像是第一台计算机一样，采用了大量的晶体管来承担数据的运算。