2021年7月27日,英特尔举行了一次发布会,宣布芯片从“纳米时代”进入“埃米时代”,1埃米等于0.1纳米。我们知道,半个世纪以来,芯片技术的发展路径一直是沿着摩尔定律,朝制程越来越小、晶体管密度越来越大这个方向去努力的。现在最先进的芯片制程是3纳米甚至2纳米,如果想要摩尔定律继续生效,那么芯片技术就必须进入“埃米时代”,英特尔的发布会是对这个技术趋势的确认。
不过最近,芯片技术在另一个方向上也在发生重大变革,就是它正在变得越来越柔软;而且更重要的是,它可以不用硅片作为原材料!这可是大大颠覆了我的认知。如果芯片可以不用硅,那是不是硅谷也得改名字了?
英国芯片企业ARM公司在《自然》杂志上发表了一项成果。研究人员制造出了世界上第一款柔性的32位处理器芯片,这是一款在弯曲的状态下也可以正常进行数据计算的芯片。它的最大弯曲半径可以达到3mm,跟我们平常用的A4纸能达到的弯曲能力差不多。
我们知道,今天手机、电脑里用的芯片都是不能弯折的。如果真的试着用力把它掰弯的话,就会像饼干一样发生脆断。研究人员是怎么让芯片变柔软的呢?这还要从芯片的加工工艺说起。今天大部分的芯片,是在硅片上进行一层一层的加工制造出来的,就跟在地基上盖房子一样。这块起到地基作用的硅片,通常被叫做硅衬底。而硅衬底本身是非常脆的,它的力学性能跟玻璃差不多。当我们用力掰弯芯片的时候,它就会像一块玻璃片一样被掰碎。
想要获得能够弯折的柔性芯片,最直接的方法就是抛弃用硅作为衬底的芯片工艺。于是,研究人员把目光投向了一种叫做薄膜晶体管的技术,简称TFT。这是一种像塑料膜一样的电子元器件。你别看TFT这个技术听起来陌生,但是它在今天其实非常常见。绝大部分手机电脑的显示屏的上面,都铺有一层TFT薄膜,里面按照像素点的位置排布了许多晶体管开关。这些开关可以依据需要显示的图像,来给显示屏提供控制信号。
听到这儿你可能就有灵感了,既然TFT薄膜里面就包含着大量的晶体管开关,能不能干脆把这些开关按照CPU的架构编排一下,直接让它变成一张柔软的芯片呢?研究人员正是按照这个思路,做出了柔性32位处理器。当然,实际的研发过程要复杂得多。
这次柔性处理器的突破,让我们看到未来的两个技术趋势。第一,不用硅片作为芯片衬底,而是沿着薄膜晶体管这条科技树延伸下去,可能会找到更低成本的芯片制造方法。第二,电子器件的柔性化是未来的大方向。柔性的传感器、电池、显示屏幕、存储器,在之前都已经有了成功研发的案例。这次发布的32位柔性处理器,可以说是补上了柔性电子器件的大脑,这是一块最重要的拼图。
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