北大科研团队揭秘：碳纳米管晶体管如何推动信息技术革新

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https://www.sohu.com/a/795362409_639898

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https://m.huxiu.com/article/3279788.html

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https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/20002.htm

北京大学电子学院碳基电子学研究中心彭练矛-张志勇团队近日在下一代芯片技术领域取得重大突破，研发出世界首个基于碳纳米管的张量处理器芯片。该芯片由3000个碳纳米管场效应晶体管构成，专门设计用于高效执行卷积运算和矩阵乘法。实验数据显示，该TPU在仅295μW的低功耗下，能够支持五层卷积神经网络达到88%的MNIST图像识别准确率。

这一突破性研究成果不仅展示了碳纳米管晶体管在高性能计算中的巨大潜力，更为解决当前芯片技术面临的瓶颈问题提供了新的思路和解决方案。

北京大学电子学院碳基电子学研究中心彭练矛-张志勇团队在下一代芯片技术领域取得重大突破，研发出世界首个基于碳纳米管的张量处理器芯片。该芯片由3000个碳纳米管场效应晶体管构成，专门设计用于高效执行卷积运算和矩阵乘法。

实验数据显示，该TPU在仅295μW的低功耗下，能够支持五层卷积神经网络达到88%的MNIST图像识别准确率。这一性能的实现，得益于团队在碳纳米管制造工艺上的优化，获得了纯度高达99.9999%的半导体材料和超洁净表面，从而制造出具有高电流密度和均匀性的晶体管。

相比传统的硅基晶体管，碳纳米管晶体管展现出显著的优势：

• 电子迁移率更高：碳纳米管的电子迁移率是硅材料的10倍以上，这意味着在相同的电压下，碳纳米管晶体管可以实现更快的开关速度。

• 尺寸更小，密度更高：碳纳米管的直径仅为1-2纳米，远小于目前最先进的硅基晶体管尺寸，这使得在相同面积的芯片上可以集成更多的晶体管。

• 能耗更低：碳纳米管晶体管的漏电电流更低，功耗仅为硅基晶体管的1/10到1/30。

• 机械柔韧性更好：碳纳米管具有优异的机械性能，可以弯曲和拉伸，为柔性电子设备提供了新的可能性。

虽然目前碳纳米管TPU的制造复杂性和成本较高，但其巨大的性能优势和市场潜力不容忽视。根据最新市场研究报告，全球单壁碳纳米管市场预计到2033年将达到1.445668亿美元，复合年增长率为43.87%。

这一技术突破不仅在学术界引起了广泛关注，更预示着未来计算技术的全新发展方向。随着5G、物联网等技术的普及，对低功耗、高性能计算芯片的需求将更加迫切，碳纳米管TPU的出现恰逢其时。

北京大学团队的这一突破可能预示着一个碳基AI时代的到来。随着AI应用的规模和复杂性不断扩大，硅的物理特性限制了其进一步缩小和提升性能的能力，硅基芯片的能效和处理能力已经面临瓶颈。而碳纳米管晶体管的出现，为突破这一限制提供了新的可能。

虽然碳基TPU仍处于早期研发阶段，但其展现出的极高能效和潜力已经引起了广泛关注。随着技术的不断进步和成本的降低，碳基芯片有望成为未来高性能计算和AI应用的重要方向，为信息技术的进一步革新注入新的动力。