傳石墨稀電晶體架構(gòu)的BYT-ON可能作為一代FPGA的基礎(chǔ)

位在波蘭Bytom的DigitalCoreDesign是全球知名的設(shè)計實(shí)驗室，該機(jī)構(gòu)日前宣布，已經(jīng)開發(fā)出全球首款采用石墨稀(Graphene)制造的處理器──BYT-ON。

2004年，人們首度發(fā)現(xiàn)石墨稀是一種碳同位素異構(gòu)體(allotropeofcarbon)。石墨稀是由單層碳原子緊密堆積成蜂巢狀的平面二維晶格結(jié)構(gòu)，它與許多傳統(tǒng)材料截然不同。石墨稀本質(zhì)上是一種半金屬或零間隙的半導(dǎo)體。其E-k關(guān)系在接近二維六角形布里元區(qū)(Brillouinzone)的六個角附近是低能帶線性的，這導(dǎo)致了電子和電洞的有效質(zhì)量為零。由于這些在低能帶的線性擴(kuò)散效應(yīng)，接近這六個點(diǎn)的電子與電洞會表現(xiàn)出如同狄拉克方程式(Diracequation)針對自旋1/2粒子所描述的相對論粒子(relativisticparticles)行為。

最終結(jié)果便是獲得能以相對論速度傳輸電子訊號的石墨稀導(dǎo)體，以石墨稀為基礎(chǔ)的電晶體能夠達(dá)到比傳統(tǒng)矽元件快上許多數(shù)量級的開關(guān)速度，而且功耗更低。石墨稀一直是科學(xué)研究人員夢寐以求的材料，事實(shí)上，2010年，曼徹斯特大學(xué)(UniversityofManchester)的AndreGeim和KonstantinNovoselov便是以「Forgroundbreakingexperimentsregardingthetwo-dimensionalmaterialgraphene」獲得諾貝爾物理獎。

DigitalCoreDesign在其BYT-ON處理器中使用石墨稀，是電子學(xué)領(lǐng)域的一大創(chuàng)舉。他們并未采用矽架構(gòu)來建立傳統(tǒng)積體電路的方法，而是使用多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔?polycyclicaromatichydrocarbons)。“我們我們才剛剛在2011年底展開測試，結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的預(yù)期，”DigitalCoreDesign發(fā)言人TomaszCwienk說。“我們在一款最新的平板電腦中，用新的石墨稀BYT-ON處理器取代了既有處理器。我們已經(jīng)知道BYT-ON的功耗可以降到最低，但我們很驚訝地發(fā)現(xiàn)，這部平板電腦從2012年一月份開機(jī)并以各種方式來執(zhí)行以來，一直到2012年三月底，整整三個月，我們都不必再為電池充電。”

能夠獲得這種革命性的成果，或許是由于DigitalCoreDesign所設(shè)計的專有架構(gòu)(該公司已經(jīng)累積了12年之久的開發(fā)經(jīng)驗)，這將讓石墨稀在電子產(chǎn)業(yè)開啟全新的應(yīng)用可能性。這種被應(yīng)用在BYT-ON處理器中的架構(gòu)稱之為CISKoRISK2ndGeneration──它能以99.13%接近光速的速度來執(zhí)行所有的操作程序，而且功耗要比等效的傳統(tǒng)矽元件減少99.85%。

業(yè)界現(xiàn)在也傳聞全球前十大的FPGA供應(yīng)商也開始秘密和DigitalCoreDesign商討，打算將基于石墨稀電晶體架構(gòu)的BYT-ON作為其在下一代FPGA的基礎(chǔ)。在FPGA中采用這項技術(shù)的其中一大優(yōu)勢，是采用石墨稀電晶體建構(gòu)的記憶體單元（包含可配置單元在內(nèi)），其速度可較SRAM快上幾個數(shù)量級，密度也會比DRAM和非揮發(fā)快閃記憶體高出幾個數(shù)量級，但功耗卻趨近零。此外，石墨稀電晶體也能免除幅射干擾，這讓該技術(shù)更加適合航太應(yīng)用，包括太空探測在內(nèi)。