Notebookcheck Logo

CheckMag | 石墨烯半导体离现实越来越近

石墨烯(图片来源:人工智能生成)
石墨烯(图片来源:人工智能生成)
由于世界上首个基于石墨烯的半导体的开发,计算世界可能刚刚进入了一个新时代。这一突破可能会重塑我们的技术版图,为未来的量子计算奇迹奠定基础。
Science

几十年来,硅一直主导着半导体行业,为从个人电脑到智能手机的所有产品提供动力。然而,硅的性能和可扩展性都已达到极限。石墨烯被誉为材料科学的奇迹之子。凭借无与伦比的导电性和电子迁移率,石墨烯为以太赫兹速度运行的处理器提供了诱人的可能性--远远超过我们今天使用的受限于千兆赫兹的硅芯片。

石墨烯有什么特别之处?

石墨烯是由碳原子以六角形排列而成的单层,因此具有惊人的强度和电学特性。与硅不同,石墨烯可以大大降低电子流动的阻力,从而实现更快、更高效的处理。但有一个问题:石墨烯缺乏带隙,而带隙是半导体在开态和关态之间切换的关键特性。没有带隙,石墨烯就无法发挥传统晶体管的功能--直到现在。

突破性进展

研究人员终于破解了这一密码。通过将石墨烯与碳化硅结合并 "掺杂 "电子捐赠原子,他们创造出了基于石墨烯的功能性半导体。这一过程被称为石墨烯外延制造,在不牺牲石墨烯独特性能的前提下引入了带隙。

结果如何?晶体管的速度不仅比硅晶体管快十倍,而且在很大程度上兼容现有的制造工艺。这意味着从硅基芯片到石墨烯芯片的平稳过渡--这是使这项技术具有商业可行性的关键因素。

为什么这对计算很重要

石墨烯的潜力不仅限于原始带电载流子速度。以下是它如何撼动整个行业:

  • CPU 和 GPU:更快的晶体管意味着笔记本电脑和游戏电脑可以使用更强大的处理器,从而可以进行实时模拟、高端图形渲染和高级人工智能处理--所有这些都将比目前运行得更流畅、更快速。
  • 量子计算:石墨烯的波状电子特性使其成为量子计算应用的有力竞争者。这些量子效应可帮助解决当前系统难以解决的计算问题,同时保持更低、更易于管理的温度。
  • 数据中心和人工智能:太赫兹速度将显著降低延迟,提高人工智能工作负载以及大规模环境中数据处理的吞吐量。

硅的天鹅之歌?

即使是行业领导者也承认硅的统治即将结束。Nvidia 首席执行官黄仁勋曾有一句名言:"摩尔定律已死"。对于那些不熟悉摩尔定律的人来说,摩尔定律预测芯片上的晶体管每两年翻一番,从而推动计算能力呈指数级增长。然而,随着晶体管的进一步缩小,发热和开关速度等问题大大减缓了进展速度。

石墨烯具有卓越的性能和潜在的可扩展性,可能是解决这些问题的关键。通过这样做,它可以延长甚至取代摩尔定律曾经承诺的发展轨迹。

未来之路

与所有新兴技术一样,在石墨烯完全占据主导地位之前,还有一些问题需要解决。扩大生产规模并将石墨烯半导体集成到消费类电子产品中需要大量投资,同时还需要专注于这方面的进一步创新。此外,在竞争激烈的量子计算领域,石墨烯能否超越其他即将出现的超导技术也是一个问题。

尽管如此,种种迹象表明,石墨烯还是大有可为的。凭借与现有制造技术的兼容性和对量子应用的持续研究,石墨烯半导体不仅仅是一个梦想,而是未来计算的一个缩影。

结论

基于石墨烯的半导体可能无法在一夜之间解决硅的所有问题,但它们代表着向前迈出的关键一步。无论是为你的下一台笔记本电脑增压,还是释放量子计算的全部潜能,这一突破都有可能重新定义科技的可能。

未来正在快速逼近,而它很可能就是由石墨烯驱动的。

Please share our article, every link counts!
Mail Logo
> Notebookcheck中文版(NBC中国) > 新闻 > 新闻档案 > 新闻档案 2025 01 > 石墨烯半导体离现实越来越近
Santiago Nino, 2025-01-28 (Update: 2025-01-29)