終結硅芯片?

張曉潔

在追求更快、更小、更高效的處理器的研究人員眼中，二硫化鉬或許就是開啟新時代的鑰匙。

芯片已經在阻礙科技產品變得更薄更酷了！

今年，蘋果公司并沒有發布粉絲們盼望已久的iPhone 5，就是因為缺少一款采用LTE（一種4G移動通信技術）的緊湊型芯片。對于精巧的iPhone來說，目前的LTE芯片將會占用太大的空間。而蘋果最近曝光的可彎曲、多點智控概念手機iPhone ProCare，目前也因為芯片材料的制約無法變成現實。

在過去40年里，硅芯片的處理能力一直遵循著摩爾定律不斷增長——可以放在相同成本的芯片上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，如今芯片上的晶體管數量已經增加到數十億個。但是，摩爾定律總有停止的時候——因為硅芯片已經不能被制造得更小了。這意味著，作為目前芯片的主要制造材料，硅，已經無法承載人們在更薄的厚度上設計的愿望。

現在，洛桑聯邦理工學院的納米電子和結構實驗室(LANES)研發出第一款利用二硫化鉬(MoS2)構建的芯片，或許會成為硅芯片的終結者。納米電子和結構實驗室主任安德拉斯·奇斯（Andras Kis）表示，過薄的硅芯片會引發化學反應而使表面氧化，電子性能降低，因此，最薄硅層用在計算機芯片一直只有兩個納米厚。相比之下，二硫化鉬正好能夠彌補硅芯片的不足，它的可操作的薄層只有三個原子厚，這就有可能制成至少小三倍的芯片，可以進一步縮小晶體管的尺寸。

另外，二硫化鉬在電耗和機械柔性方面的優勢也非常明顯。因為二硫化鉬像不銹鋼一般堅韌且靈活，可以讓計算機芯片更為緊湊并且可以幫助柔性外表硬件的發展。當晶體管變得非常薄，它的功耗也會更低，電子產品也會更省電，這使得一些輕薄的隨身電子產品待機時間更長。“二硫化鉬可以大角度彎曲，也可以拉長，你可以拉伸一塊二硫化鉬使它的長度增加10%。”奇斯說，“如果你在硅上面做同樣的動作，就會像打破玻璃一樣。”顯然，二硫化鉬的內置柔性的性能，將成就無數設計師和粉絲的夢想，使其成為下一代柔性電子產品的新寵。如果用二硫化鉬制造出能夠彎折的芯片板，iphoneProCare這樣的概念手機也會很快變成現實。最終設計的柔性薄片芯片將可以放在可卷起來的計算機，或貼到皮膚上的設備上面，甚至是可以隨意彎曲以適應主人臉的手機。

研究人員看好二硫化鉬的另一個重要原因是，二硫化鉬是一種儲量豐富的天然礦物。“大概有1900萬噸的材料，你可以在網站上以大約100美元的價格購買1厘米見方的晶體。” 奇斯說。

盡管二硫化鉬的潛力巨大，但研究人員表示，其實現商業用途將至少還有10至20年。在未來一段時間里，實驗室將主要探討如何使這種礦物質更易導電，以及找到可以更容易批量獲得薄層的方法，因為廠商對于更輕薄柔韌的芯片已經開始迫不及待了。

蘋果公司就是一個潛在合作伙伴。蘋果追求iPhone和iPad的完美體驗，在芯片上也表現得非常激進，專門設計了芯片A4、A5搭載在這些移動設備上面。目前，蘋果正在開發其后繼者A6在未來的一款iPad上。

事實上，蘋果的選擇正代表著未來芯片的趨勢，如今更輕薄、更高效、更低功耗、更隨身幾乎是所有芯片公司的研發目標。此前，ARM一直以其低功耗為賣點贏得了蘋果等公司的青睞，控制了移動設備芯片市場，不久前，甚至有傳聞稱蘋果的全系列便攜式Mac電腦都將拋棄Intel架構投奔ARM，這都使得Intel必須盡快拿出殺手锏對抗日益強大ARM。未來芯片廠商試圖在功耗和性能兩方面尋找平衡點實現兩者兼得，二硫化鉬作為能夠大踏步超越目前標準的新材料顯然具有市場。

當然，在移動時代的電子設備除了有便攜的尺寸和低功耗，更要有強大的芯片集成更多功能以及流暢地處理大量應用程序，同時能夠播放流媒體，能夠應用增強現實技術，而支持這一切的芯片技術也必須要跟上步伐。因此，除了蘋果、三星，以及Intel、ARM等主流的設備和芯片廠商，更多芯片設計公司都能夠在二硫化鉬之類具有革命性的新材料上創造奇跡。