北大&斯坦福突破！碳纳米管晶体管未来可期
北大&斯坦福突破！碳纳米管晶体管未来可期
近日，北京大学张志勇教授课题组与斯坦福大学研究团队在碳纳米管晶体管技术上取得重大突破，为未来高性能计算和柔性电子领域带来了新的希望。
碳纳米管晶体管作为一种新型半导体器件，相比传统的硅基晶体管具有显著优势。它在亚10nm尺度下表现出超越硅基器件的性能，电流密度超过硅和砷化镓，且功耗更低。此外，碳纳米管还具有柔性和透明性的特点，可应用于更多新型电子设备。
北大团队研发世界首个碳纳米管张量处理器芯片
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。他们成功研发出世界首个基于碳纳米管的张量处理器芯片，将碳基电子学从器件研究推向系统演示。
该芯片采用新型器件工艺和脉动阵列架构，将3000个碳纳米管晶体管集成为张量处理器芯片，显著提升卷积神经网络的运算效率。芯片采用2bit MAC（乘累加单元），3微米工艺技术节点，可实现图像轮廓识别、提取等功能，图像轮廓提取正确率高达100%。
通过脉动阵列架构设计，芯片可实现高效地数据复用，大大节约了张量运算所需的数据存储、搬运等操作，精准匹配了神经网络的运算特点。在此基础上搭建了5层卷积神经网络，实现了手写数字识别的应用，其理论正确率90%，实际正确率可达86%，与此同时，该芯片的功耗仅为295µW，器件总数也为新型卷积加速硬件中的最低值。
面向未来AI应用场景的碳基神经网络加速芯片，具有更强的算力和更高的能量效率。进一步提升工艺水平，缩减器件尺寸，可使用180nm碳基技术进行流片加工。仿真结果表示，碳基神经网络加速芯片可在1V电压下工作，可运行的最高主频为850MHz，能效可以达到1TOPS/w，远高于其他技术，充分证明了碳基集成电路在未来高能效运算芯片领域的应用潜力。
斯坦福大学刷新柔性电子产品纪录
斯坦福大学化学工程教授Zhenan Bao团队在《自然》杂志上发表最新研究成果，开发出新型本征可拉伸电路，刷新了过往柔性电子产品的纪录。
新开发的本征可拉伸电路速度是以前本征可拉伸电子器件的数千倍，晶体管数量是以前的20倍。它们在皮肤状盲文阅读传感器阵列中的应用，比人类指尖更敏感。新型可拉伸晶体管的场效应迁移率平均高达每秒20平方厘米/伏特，即使在拉伸状态下也不会大幅降低。驱动电流更是达到2毫安/微米，超过以往可拉伸设备40倍以上。
为展示新型可拉伸电路的实际应用前景，研究团队构建了一个仅8平方毫米的触觉传感器阵列。这一微型阵列拥有每平方厘米拥有2500个传感器，是人类指尖机械感受器密度的10倍以上，能够精确识别小于1毫米的几何形状。这一阵列可集成于假肢、矫形器等设备，提供关于压力分布、肌肉活动和关节运动等反馈信息，同时也可应用于手势识别、运动捕捉等人机交互领域。
产业界积极布局碳纳米管技术
作为全球领先的晶圆代工企业，台积电也在积极研究超越硅基MOSFET的技术，包括碳纳米管晶体管。台积电专家表示，随着摩尔定律逼近极限，碳纳米管为提升芯片集成度提供了新的可能。尽管面临材料纯度控制、掺杂技术等挑战，但碳纳米管晶体管凭借独特优势，被视为未来高性能计算的重要发展方向之一。
未来展望
碳纳米管晶体管技术的突破预示着半导体行业即将迎来新的变革。无论是高性能计算领域还是柔性电子设备，碳纳米管都展现出巨大的应用潜力。随着研究的深入和工艺的成熟，碳纳米管晶体管有望在不久的将来实现大规模商业化应用，为全球科技产业带来革命性的变化。