第四百二十三章 量子芯片的雛形

　　而且芯片做大之后，單個芯片的成本會增加很多，因為芯片內部除了計算控制電路之外，還有通信電路，儲存電路，物理內核越多，這些也就越復雜。

　　畢竟做大之后芯片內部的導線就變長了，電阻也就變大了，在電壓不變的情況下，電容充電的速度變慢，如果充電要快的話，就得增加電壓，而電壓增大了，那么電流也會相應的變大，發熱如果過大的話，就直接燒毀了。

　　如今現實的例子擺在眼前的，是AMD的線程撕裂者的芯片，就比普通的銳龍芯片要大，然而其價格也是非常的高昂。

　　所以這條路是完全走不通的。

　　而葉凡的想法，是打算使用碳材料做晶體管，這是一種新穎的流派，曾經也被許多科學家所提出來。

　　為什么這些科學家認為可以采用碳元素呢？其實這跟碳元素本身的優質特性有很大的關系。

　　例如說用碳納米管所做的晶體管，它的電子遷移率可以是硅的一千倍，通俗來說就是碳材料里面的電子群眾基礎要更加好。

　　再比如碳納米管里面的電子自由程特別長，也就是電子的活動要更加的自由，而且不容易摩擦發熱。

　　由于這些底層的優點，所以采用碳來做晶體管，以及替代硅基底層，甚至不用像是硅晶體管那么小，就可以取得同等水平的性能。

　　例如說阿美堅國防部曾經就在2018年所支持的一項研究，就希望用90nm規格的碳芯片，以實現7nm規格的硅芯片同等的性能。

　　如今的量子晶體管，其本質上也是另類的硅晶體管，只不過其內部發生遷移的并不是電子，而是量子罷了，但是其本身的硅性質是沒法改變的。

　　而即便是用碳來制作芯片，也是有許多的思路的，只不過這些思路都還是處于探索性的階段，而最接近實用性的，也就是北大這項研究項目中所涉及的碳納米管芯片這個領域。

　　早在2013年，阿美堅斯坦福大學就制造出來了世界上第一臺碳納米管計算機，而到了2019年8月，麻省理工學院發布了全球第一款碳納米管通用芯片，里面包含了14000個晶體管。

　　在當時的《自然》雜志上，連續刊登了三篇文章來推薦這項成果，由此可見當年到底造成了多大的轟動。

　　然而即便是麻省理工學院所發表的這項轟動性的研究，也只是包含了14000個晶體管，這比起現在的手機芯片動不動就上百億個晶體管的規模，還差的很遠。

　　而這里面的癥結，就在于制造工藝這四個字上，要想制造出性能堪比商用元器件的碳納米管芯片，一個重要的前提就是能制造得出高純度，高密度，排列整齊的碳納米管陣列。

　　一旦碳納米管的純度，密度不夠高的話，或者是排列不爭氣，就很難可靠的制造出上億個晶體管這種規模的商用芯片，因為保不準那個晶體管就會出現故障。

　　曾經麻省理工在2019年所發布的這項研究里面，所用到的碳納米管陣列的純度只有四個九，也就是99.99。

　　而人們猜測這個純度至少在六個九或者是八個九的時候，才能夠讓碳納米管芯片的性能比肩傳統芯片。

　　在七月份，北大的張志勇彭練矛教授的科研團隊，通過獨創的制備工藝，在4英寸的基底上，制備出純度高達六個九，也就是純度高達99.9999的碳納米管陣列。

　　在密度和純度這兩個重要的指標上，比過去的類似研究高出了12個量級。

　　并且基于這種高品質的碳管陣列，研究人員還批量制作出來了相應的晶體管和環形振蕩器來驗證這種新工藝的批量生產潛力。

　　通過實驗發現，這些晶體管和環形振蕩器的性能，首次超越了在同等尺寸下的傳統硅芯片里面的元器件，證明了碳芯片確實是可能比硅芯片要更加強大。

　　碳納米管一旦在未來走向產業應用，由于在功耗和性能上的優勢，很有可能應用在手機和5G基站這樣對能耗比要求比較苛刻的場景。

　　如果芯片的能耗如果可以繼續下降兩個兩級的話，就可以利用像是人的體液，提問這些非常細微的能量來源進行供電，使用的場景將會比如今的消費電子產品要更加的廣闊。

　　雖然碳確實是有很多的性質非常的出色，一些電學性質甚至比硅還要好，然而碳芯片最大的局限其實是工藝上做絕緣層。

　　硅襯底做絕緣層只需要氧化得到二氧化硅就可以了，但是碳材料沒法通過氧化做絕緣層，這方面的工藝是導致碳沒法替代硅的重要因素。

　　如果可以順利解決這些問題的話，以大唐科技的實力，可以在三年內量產出成品，而且其中的碳晶體管將會注入如今的量子計算機的量子晶體管，實現量子計算機的小型化。

　　畢竟如今大唐科技總部地下室的那一千臺量子計算機，每一臺都像是大冰箱一樣大，其中的量子晶體管，量子存儲器等東西的體積實在是太大了。

　　一個量子晶體管的體積，已經達到了巴掌大小，因為受限于其硅的本質，沒法做小，所以量子計算機里面動輒上百個量子晶體管，還不包括其他的零件。

　　這也是量子計算機這么大的主要原因，如果繼續延續硅基底來做芯片，甚至是做晶體管的話，那么最小的量子晶體管，也只能做到手指粗細。

　　若是碳芯片以及碳晶體管的計劃可以成功，那么就可以將量子晶體管的體積縮小到如今的主流電子晶體管一樣的大小，甚至可以在巴掌大的芯片中，集成上億個小型量子晶體管。

　　這樣子的話，初步的量子芯片就可以徹底制作出來，有可能到時候一臺量子計算機可以做到筆記本大小，但是其算力卻比全世界的所有電腦加起來的算力還要高。

　　畢竟如今的量子計算機并沒有量子芯片，而像是第一臺計算機一樣，采用了大量的晶體管來承擔數據的運算。