终结硅芯片?

张晓洁

在追求更快、更小、更高效的处理器的研究人员眼中，二硫化钼或许就是开启新时代的钥匙。

芯片已经在阻碍科技产品变得更薄更酷了！

今年，苹果公司并没有发布粉丝们盼望已久的iPhone 5，就是因为缺少一款采用LTE（一种4G移动通信技术）的紧凑型芯片。对于精巧的iPhone来说，目前的LTE芯片将会占用太大的空间。而苹果最近曝光的可弯曲、多点智控概念手机iPhone ProCare，目前也因为芯片材料的制约无法变成现实。

在过去40年里，硅芯片的处理能力一直遵循着摩尔定律不断增长——可以放在相同成本的芯片上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，如今芯片上的晶体管数量已经增加到数十亿个。但是，摩尔定律总有停止的时候——因为硅芯片已经不能被制造得更小了。这意味着，作为目前芯片的主要制造材料，硅，已经无法承载人们在更薄的厚度上设计的愿望。

现在，洛桑联邦理工学院的纳米电子和结构实验室(LANES)研发出第一款利用二硫化钼(MoS2)构建的芯片，或许会成为硅芯片的终结者。纳米电子和结构实验室主任安德拉斯·奇斯（Andras Kis）表示，过薄的硅芯片会引发化学反应而使表面氧化，电子性能降低，因此，最薄硅层用在计算机芯片一直只有两个纳米厚。相比之下，二硫化钼正好能够弥补硅芯片的不足，它的可操作的薄层只有三个原子厚，这就有可能制成至少小三倍的芯片，可以进一步缩小晶体管的尺寸。

另外，二硫化钼在电耗和机械柔性方面的优势也非常明显。因为二硫化钼像不锈钢一般坚韧且灵活，可以让计算机芯片更为紧凑并且可以帮助柔性外表硬件的发展。当晶体管变得非常薄，它的功耗也会更低，电子产品也会更省电，这使得一些轻薄的随身电子产品待机时间更长。“二硫化钼可以大角度弯曲，也可以拉长，你可以拉伸一块二硫化钼使它的长度增加10%。”奇斯说，“如果你在硅上面做同样的动作，就会像打破玻璃一样。”显然，二硫化钼的内置柔性的性能，将成就无数设计师和粉丝的梦想，使其成为下一代柔性电子产品的新宠。如果用二硫化钼制造出能够弯折的芯片板，iphoneProCare这样的概念手机也会很快变成现实。最终设计的柔性薄片芯片将可以放在可卷起来的计算机，或贴到皮肤上的设备上面，甚至是可以随意弯曲以适应主人脸的手机。

研究人员看好二硫化钼的另一个重要原因是，二硫化钼是一种储量丰富的天然矿物。“大概有1900万吨的材料，你可以在网站上以大约100美元的价格购买1厘米见方的晶体。” 奇斯说。

尽管二硫化钼的潜力巨大，但研究人员表示，其实现商业用途将至少还有10至20年。在未来一段时间里，实验室将主要探讨如何使这种矿物质更易导电，以及找到可以更容易批量获得薄层的方法，因为厂商对于更轻薄柔韧的芯片已经开始迫不及待了。

苹果公司就是一个潜在合作伙伴。苹果追求iPhone和iPad的完美体验，在芯片上也表现得非常激进，专门设计了芯片A4、A5搭载在这些移动设备上面。目前，苹果正在开发其后继者A6在未来的一款iPad上。

事实上，苹果的选择正代表着未来芯片的趋势，如今更轻薄、更高效、更低功耗、更随身几乎是所有芯片公司的研发目标。此前，ARM一直以其低功耗为卖点赢得了苹果等公司的青睐，控制了移动设备芯片市场，不久前，甚至有传闻称苹果的全系列便携式Mac电脑都将抛弃Intel架构投奔ARM，这都使得Intel必须尽快拿出杀手锏对抗日益强大ARM。未来芯片厂商试图在功耗和性能两方面寻找平衡点实现两者兼得，二硫化钼作为能够大踏步超越目前标准的新材料显然具有市场。

当然，在移动时代的电子设备除了有便携的尺寸和低功耗，更要有强大的芯片集成更多功能以及流畅地处理大量应用程序，同时能够播放流媒体，能够应用增强现实技术，而支持这一切的芯片技术也必须要跟上步伐。因此，除了苹果、三星，以及Intel、ARM等主流的设备和芯片厂商，更多芯片设计公司都能够在二硫化钼之类具有革命性的新材料上创造奇迹。