芯片或迎革命性突破 新型智能晶體管可執(zhí)行不同任務(wù)

財(cái)聯(lián)社（上海，編輯黃君芝）訊，通常，計(jì)算機(jī)芯片由電子元件組成，一種元器件總是做同樣的事情。然而，在未來(lái)，更大的靈活性將成為可能：新型的自適應(yīng)晶體管可以在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換，以執(zhí)行不同的邏輯任務(wù)。這從根本上改變了芯片設(shè)計(jì)的可能性，并給人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以處理0和1以外更多數(shù)值的邏輯領(lǐng)域開辟了全新的機(jī)會(huì)。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，維也納工業(yè)大學(xué)（TU Wien）的科學(xué)家們沒有依靠通常的硅技術(shù)，而是依靠鍺。他們成功用鍺制造出了世界上最靈活的晶體管。相關(guān)研究成果發(fā)表在了科學(xué)期刊《ACS納米》雜志上。

研究人員表示，“鍺的特殊性能和專用程序門電極的使用使我們有可能創(chuàng)造出一個(gè)新元件的原型，可能會(huì)開創(chuàng)芯片技術(shù)的新時(shí)代。”

晶體管是每一個(gè)現(xiàn)代電子設(shè)備的基礎(chǔ)：它是一個(gè)允許電流流動(dòng)或阻止電流流動(dòng)的微小部件，這取決于控制電極上是否施加了電壓。這使得建立簡(jiǎn)單的邏輯電路和存儲(chǔ)成為可能。而電荷如何在晶體管中傳輸則取決于所使用的材料。要么有攜帶負(fù)電荷的自由移動(dòng)的電子，要么個(gè)別原子中可能缺少一個(gè)電子，所以這個(gè)地方帶正電。這就被稱為"空穴"，它們也可以在材料中移動(dòng)。

在維也納大學(xué)的新型晶體管中，電子和空穴都以一種非常特殊的方式同時(shí)被操縱：“我們用一根極細(xì)的鍺線連接兩個(gè)電極，通過(guò)極其干凈的高質(zhì)量接口連接兩個(gè)電極。在鍺段上方放置了一個(gè)像傳統(tǒng)晶體管中的門電極。這種晶體管還有一個(gè)控制電極，它被放置在鍺和金屬的界面上。它可以動(dòng)態(tài)地對(duì)晶體管的功能進(jìn)行編程。”

根據(jù)研究人員的說(shuō)法，這種設(shè)備結(jié)構(gòu)使其有可能分別控制電子和空穴，這是因?yàn)殒N有一個(gè)非常特殊的電子結(jié)構(gòu)：當(dāng)你施加電壓時(shí)，電流最初會(huì)增加，正如你所期望的那樣。然而，在某個(gè)閾值之后，電流再次減少，這被稱為負(fù)差分電阻。在控制電極的幫助下，研究人員可以調(diào)節(jié)這個(gè)閾值在哪個(gè)電壓上。這導(dǎo)致了新的自由度，可以用它來(lái)賦予晶體管目前所需要的特性。

例如，以這種方式，一個(gè)與非門可以切換到一個(gè)或非門。研究人員說(shuō)，“到目前為止，電子學(xué)的智能只是簡(jiǎn)單地來(lái)自于幾個(gè)晶體管的互連，每個(gè)晶體管只有一個(gè)相當(dāng)原始的功能。在未來(lái)，這種智能可以轉(zhuǎn)移到新型晶體管本身的適應(yīng)性上。”

“以前需要160個(gè)晶體管的算術(shù)運(yùn)算，由于適應(yīng)性的提高，24個(gè)晶體管就可以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這種方式，電路的速度和能量效率也可以顯著提高?！彼麄冄a(bǔ)充道。

這些新的可能性對(duì)于人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用特別有趣：“我們的人類智能是基于神經(jīng)細(xì)胞之間動(dòng)態(tài)變化的回路。有了新的自適應(yīng)晶體管，現(xiàn)在可以有針對(duì)性地直接改變芯片上的電路。多值邏輯也可以以這種方式實(shí)現(xiàn)，即電路不僅工作于0和1，而且工作于更大數(shù)量的可能狀態(tài)?！?/p>

此外，這種新技術(shù)的快速工業(yè)應(yīng)用也是現(xiàn)實(shí)的：所使用的材料已經(jīng)在今天的半導(dǎo)體工業(yè)中使用，不需要完全新的制造工藝。在某些方面，這項(xiàng)技術(shù)甚至?xí)纫郧案?jiǎn)單:今天，半導(dǎo)體材料被摻雜，也就是被單個(gè)的外來(lái)原子富集。這對(duì)于基于鍺的晶體管來(lái)說(shuō)是不必要的，它可以使用純鍺。

研究人員表示，“我們不想用我們的新晶體管完全取代成熟的硅晶體管技術(shù)，那將是自以為是的。未來(lái)，這項(xiàng)新技術(shù)更有可能作為附加組件被整合到計(jì)算機(jī)芯片中。在某些應(yīng)用中，使用自適應(yīng)晶體管會(huì)更節(jié)能，也更方便?！?/p>

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