撰文丨乾明 边策
来历丨量子位（ID:QbitAI）
“Hello, World！I am RV16XNano, made from CNTs”.
“你好，国际！我是 RV16XNano，由碳纳米管制成。”
这句话，出自MIT研讨团队创造的16位碳纳米管芯片履行的程序。
是的，你没有看错，他们用与硅相同的制作工艺，依据碳纳米管做出了具有完好架构的芯片，还与国际打了招待。
刚刚，Nature刊发了这一研讨成果，并发表相应的新闻、谈论进行要点引荐。
碳纳米管，被以为是代替硅资料首选，并且比硅导电更快，功率更高。
从理论上来说，功率到达硅的10倍，运转速度为3倍，而只是只需求耗费三分之一的动力。
并且，它还有愈加广泛的用处。一些科学家以为，碳纳米管也可以用来制作可注射入体内的微型芯片，或杀死人体内癌细胞的纳米机器，远景不可估量。
但碳纳米管也存在一系列规划、制作和功用上的问题，比方“张狂的成长“，很难将其放在特定的方位，使其发挥特定的效果。
在巨大的远景与潜力面前，这些问题正在被战胜。
2013年，斯坦福大学制作出了榜首台碳纳米管计算机，只要178个晶体管。
现在，归属于MIT的研讨团队造出RV16X-NANO，有14000个晶体管。
6年进步近80倍，速度是摩尔定律的5倍。
在承受Nature杂志采访时，上海交通大学的孙亚男教授表明，“这项作业向前迈出了一大步，更接近于商用芯片。”
科技媒体ArsTechnica也给出谈论，说这是一项令人形象深入的作业。
相对来说，网友给出的谈论则没有那么抑制：
This is a stunt - but it’s a pretty cool stunt
这是一个绝技，并且是一个十分酷的绝技
“征服”碳纳米管
尽管比较硅晶体有许多长处，可是用碳纳米管来制作芯片存在着许多问题。
首要，尽管碳纳米管是一种半导体，但它的制作进程需求用到金属，由此制作的碳纳米管不可避免地会混入金属杂质。假如要获得净化的半导体版别，需求将纯度水平在进步到99.999999％，在其时的技能条件下几乎是不或许的。
并且，碳纳米管不会天然构成p型或n型半导体。在硅中，这些特性是经过掺杂少数其他元从来完成。但碳纳米管十分小，难以掺杂。
别的一个问题是，制作电子元器件需求将纳米管放置在极端准确的方位上。科学家们现在还没有把握让它们在特定方位成长的办法。因而不得不别离制作，然后让它们堆积在外表上。
不幸的是，这个进程通常会发生一个随机取向的纳米管薄膜，由很多碳纳米管集合而成，并且其间会混入一些金属纳米管。
MIT的研讨人员和亚德诺半导体公司的科学家找到了处理所有这些问题的办法。
研讨人员提出了一种名为DREAM的技能，把对碳纳米管严厉的纯度要求放宽了大约1万倍，这意味着纯度到达99.99％即可制作芯片，这在现在的技能下是可行的。
制作碳纳米管芯片首要是处理摆放紊乱的问题。研讨人员制作了一个足够大、具有金属特征的硅外表，可以确保纳米管在金属空隙之间成长。
为了去除集合体，他们在纳米管上堆积了一层资料，然后经过超声将其破碎。这种资料会带走集合体，但不会使基层的纳米管遭到搅扰。
接下来，为了将纳米管约束在需求的当地，研讨人员只要将大部分的纳米管蚀刻掉，留下需求的部分。
然后，研讨人员运用原子堆积的技能将金属氧化物附着再纳米管上。不同的金属氧化物性质不同，可以依据需求将纳米管转化为p型或n型半导体。这个进程相似于硅晶体的掺杂，并且可以有用地操控各个pn结的行为。
从晶体管到芯片
由此制作的元件被称作碳纳米管场效应晶体管（CNFET），与金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）相似，它是构建下一代计算机的根本单元。
芯片的功用由逻辑门的组合来完成，而经过CNFET的组合可以构造出逻辑门。
用碳纳米管制成的反相器
研讨人员期望下降某些逻辑运算对金属纳米管的灵敏度。因而他们修改了一个开源RISC规划东西来考虑这些问题，让芯片规划中没有对金属碳纳米管最灵敏的栅极。
由此制作的芯片称为RV16X-NANO，运用RISC-V架构的32位长指令。存储器寻址约束为16位，功用单元包含指令获取、解码、寄存器、履行单元和写回存储器。
整体而言，RV16X-NANO运用了超越14000个独自的晶体管，碳纳米管产率为100%。也就是说，这14000个晶体管每个都有用，没有一个作废。
RV16X-NANO也是一个3D芯片，纳米管层下面的金属触点用于在不同晶体管之间传递信号，而而纳米管上方的独自金属触点用于供电。
改善空间
RV16X-NANO芯片里晶体管通道长度约为1.5微米，相当于硅芯片中的Intel 80386，这款处理器于1985年推出。
80386的运转频率为16MHz，而碳纳米管计算机最大频率仅为1MHz。形成这种差异的原因在于电子元件的电容以及晶体管可以承载的电流量。
硅晶体管每微米宽度可承载大约1毫安的电流（1mA/μm），而碳纳米管晶体管只能承载约6μA/μm的电流。这是在未来版别的计算机中需求改善的当地。
添加电流的榜首步是减小晶体管沟道长度。2个碳纳米管的沟道长度可以缩小到5nm。
第二步是将每个通道中纳米管的密度从每微米10个添加到每微米500个。新的堆积技能可将这种网络中的电流密度提升至1.7mA/μm 。
第三步是减小晶体管的宽度，然后减小源极和漏极的宽度，这将使电极更快地充电和放电。
6年前的团队再出手
这一研讨有两个一作，别离是Gage Hills和Christian Lau；通讯作者为Max M. Shulaker；都来自MIT。
其间，Max M. Shulaker和Gage Hills是2013年榜首台碳纳米管计算机研讨成果榜首作者和第二作者。其时，他们还在斯坦福大学读博士。
这次获得的发展，建立在这一研讨的基础上。
2016年7月，Max M. Shulaker参加MIT，担任助理教授，持续展开碳纳米管相关的研讨。现在，Gage Hills是MIT的博士后研讨员，担任大部分芯片的规划作业。
Christian Lau，是MIT的硕士研讨生，担任大部分芯片的制作作业。
此外，作者中还有两位来自亚德诺半导体。据悉，这家公司是这项研讨的支撑方之一。
依据MIT的报导，Shulaker的下一步方针是将芯片面向实际国际。
他说，现在现已不是一个是和否的问题，而是何时的问题。
为了到达这个意图，他们现现已过美国DARPA的一个项目将技能使用到了硅芯片代工厂中，饯别研讨。
至于碳纳米管制成的芯片什么时候可以商用，没有人可以给出一个切当的时刻。
但Shulaker表明，或许不到五年。
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