美科學(xué)家開發(fā)出寬度5納米憶阻器

上世紀(jì)60年代，英特爾公司創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出了著名的摩爾定律:集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。然而，芯片的進(jìn)一步小型化遇到越來越多的技術(shù)局限。在傳統(tǒng)硅芯片技術(shù)上所能取得的進(jìn)步受到物理法則和資金的限制也越來越嚴(yán)重，有人以為看到了集成電路技術(shù)的天花板，于是便開始輕狂地對摩爾大叔說三道四。

然而，據(jù)美國《紐約時報》8月30日報道，美國萊斯大學(xué)和惠普公司的科學(xué)家報告稱，他們在憶阻器的研制上取得了新的進(jìn)展，掃清了橫亙在計算機(jī)存儲器微型化道路上的一些障礙，讓計算機(jī)存儲器可以繼續(xù)朝著微型化的方向一路小跑，續(xù)寫摩爾定律的同時也有望給消費電子領(lǐng)域帶來重大革新。

憶阻器：更小更強(qiáng)大

憶阻器又名記憶電阻，是一種被動電子元件，憶阻器被認(rèn)為是電路的第四種基本元件，僅次于電阻器、電容器及電感元件。憶阻器在關(guān)掉電源后，仍能'記憶'通過的電荷。兩組憶阻器能產(chǎn)生與晶體管相同的功能，但更為細(xì)小。2008年，惠普實驗組的組長斯坦·威廉姆斯宣布，他們制造出了第一個憶阻器。

美國萊斯大學(xué)的研究人員在美國化學(xué)學(xué)會最新出版的《納米快報》雜志上指出，他們已經(jīng)成功地制造出了可靠的小型數(shù)字開關(guān)——憶阻器（memristor），其尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)制造方法制造出的規(guī)模，其寬度僅為5納米。而在2005年，英特爾公司總裁克瑞格·貝瑞特在英特爾信息技術(shù)峰會上曾表示，傳統(tǒng)工藝'設(shè)想達(dá)到的極限'是5納米，超越這個極限，將遭遇電流泄漏等難題。

更重要的是，這項技術(shù)進(jìn)步使用了二氧化硅（二氧化硅是芯片工業(yè)的基石）而不是其他新型材料，因此，也為其進(jìn)一步商業(yè)化鋪平了道路。萊斯大學(xué)的科學(xué)家表示，位于德州的新興公司PrivaTran已經(jīng)使用這項技術(shù)制造出了實驗性的芯片，這些芯片能夠存儲和檢索信息。

這些芯片現(xiàn)在僅僅能夠存儲1000個字節(jié)，但是，如果新技術(shù)達(dá)到其投資者的預(yù)期，擁有同現(xiàn)在最大容量的磁盤驅(qū)動器相當(dāng)容量能力的芯片有望于5年內(nèi)問世。

雖然早在2008年，惠普公司就宣布已經(jīng)研發(fā)出了憶阻器，但是，其大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)還是一個問題。因為芯片設(shè)計公司在其現(xiàn)有電路上的投資已經(jīng)十分龐大，生產(chǎn)基于憶阻器的開發(fā)工具和設(shè)計將花費更多，因為整個架構(gòu)都必須重新考慮。因此，憶阻器技術(shù)的發(fā)展方向和發(fā)展速度，既是一個技術(shù)問題，也是一個商業(yè)問題。

不過，惠普公司今天宣布，它將同一家主要的半導(dǎo)體制造商開展商業(yè)合作，研發(fā)憶阻器相關(guān)的技術(shù)并進(jìn)行商業(yè)化的生產(chǎn)，在未來10年讓芯片的存儲密度達(dá)到非常高的高度。

幾年來，惠普公司一直宣稱，其憶阻器能夠同傳統(tǒng)的存儲器技術(shù)進(jìn)行PK，而該公司最新公布的技術(shù)讓其底氣更足?；萜照J(rèn)為，它可以設(shè)計出一個可以與閃存競爭的憶阻器設(shè)備，在2013年前將存儲密度提高達(dá)到20GB/平方英寸，達(dá)到閃存的兩倍。

計算機(jī)及消費電子方面的顧問公司EnvisioneeringGroup的總裁理查德·多歌提表示：'如果人們能夠真正實現(xiàn)這樣的技術(shù)，在一塊芯片上就可以存儲幾百部電影。這些成就具有非常重要的意義，他們可以證明摩爾定律仍然行之有效。'

相變存儲器：續(xù)寫摩爾定律

在芯片的研發(fā)上，除了繼續(xù)走小型化的路線外，其他公司也另辟蹊徑，研發(fā)其他富有競爭力的存儲技術(shù)。

比如，IBM公司和英特爾公司正在殫精竭慮研發(fā)的相變存儲器（PCM）即為其一。相變存儲器（PCM）是一個實驗性的內(nèi)存技術(shù)，其具有非易失性的性能，不同于閃存，PCM可以以更小的尺寸來制作。

PCM使用具有獨特行為的硫化玻璃，當(dāng)給予其特定的熱能，可以使它在晶態(tài)和非晶態(tài)之間切換，PCM就是利用硫化玻璃在晶態(tài)和非晶態(tài)之間巨大的導(dǎo)電性差異來存儲數(shù)據(jù)。

這些公司認(rèn)為，相變存儲器是最富有前景的技術(shù)之一，是未來的發(fā)展方向，其具有高存取速度、高容量、非易失性、工藝簡單和多值化前景好等主要優(yōu)勢，將逐步取代閃存、磁盤等。

英特爾院士兼記憶體技術(shù)開發(fā)總監(jiān)艾爾·法齊奧表示，PCM將續(xù)寫摩爾定律的神話，但同時也還面臨著一些問題。目前PCM的最大問題是成本和容量。PCM需要使用加熱電阻來使相變材料發(fā)生相變，工藝越先進(jìn)，單元越精細(xì)，對加熱元件的控制要求也越高，發(fā)熱帶來的影響也越大，發(fā)熱和較大的耗電量可能會限制PCM的進(jìn)一步發(fā)展。

三維芯片：未來任重而道遠(yuǎn)

也有公司將目光投向了三維芯片，也就是將晶體管采用一定的方式疊加在一起以增加存儲密度。

據(jù)國外媒體報道，2007年，IBM宣布在制造環(huán)境中實現(xiàn)了一種突破性的芯片堆疊技術(shù)，此舉為制造三維芯片掃清了障礙。這種被稱為'穿透硅通道（through-siliconvias）'的技術(shù)可以大大縮小不同芯片組件之間的距離，從而設(shè)計出速度更快、體積更小和能耗更低的系統(tǒng)。

IBM的這項突破實現(xiàn)了從二維芯片設(shè)計到三維芯片堆疊的轉(zhuǎn)變，將傳統(tǒng)上并排安裝在硅圓片上的芯片和內(nèi)存設(shè)備以堆疊的方式相互疊加在一起，最終實現(xiàn)了一種緊湊的組件層狀結(jié)構(gòu)，大大減小了芯片的體積，并提高了數(shù)據(jù)在芯片上各個功能區(qū)之間的傳輸速度。

另外，芯片制造商們也研發(fā)出了很多方式，讓單個芯片來存儲更多的信息。但是，從長遠(yuǎn)的角度來看，這些方法還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

盡管萊斯大學(xué)和惠普力推的憶阻器技術(shù)被認(rèn)為是芯片工業(yè)殺出的一匹'黑馬'，但是，萊斯大學(xué)的研究人員表示，他們將繼續(xù)推進(jìn)其研發(fā)工作，消除別人的懷疑，因為業(yè)界人士一直認(rèn)為二氧化硅是絕緣體，無法應(yīng)用在芯片上。萊斯大學(xué)的納米技術(shù)專家吉姆·圖爾表示，半導(dǎo)體工業(yè)需要嚴(yán)肅對待最新的研究。