美國研究人員表示，他們使用碳納米管替代硅為原料，讓存儲(chǔ)器和處理器采用三維方式堆疊在一起，降低了數(shù)據(jù)在兩者之間的時(shí)間，從而大幅提高了計(jì)算機(jī)芯片的處理速度，運(yùn)用此方法研制出的3D芯片的運(yùn)行速度有可能達(dá)到目前芯片的1000倍。研究人員之一、斯坦福大學(xué)電子工程學(xué)博士候選人馬克斯·夏拉克爾解釋道，阻礙計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的“攔路虎”在于，數(shù)據(jù)在處理器和存儲(chǔ)器之間來回切換耗費(fèi)了大量的時(shí)間和能量。
碳納米管使存儲(chǔ)器和處理器能采用三維方式堆疊在一起，從而大幅提高了芯片的運(yùn)行速度。
然而，解決這個(gè)問題非常需要技巧。存儲(chǔ)器和中央處理器（CPU）不能放在同一塊晶圓上，因?yàn)楣杌A必須被加熱到1000攝氏度左右；而硬件中的很多金屬原件在此高溫下就被融化了。
為此，夏拉克爾和導(dǎo)師薩布哈斯·米特拉等人將目光投向了碳納米管。夏拉克爾說，碳納米管具有重量輕、六邊形結(jié)構(gòu)連接完美的特點(diǎn)，能在低溫下處理，與傳統(tǒng)晶體管相比，其體積更小，傳導(dǎo)性更強(qiáng)，并能支持快速開關(guān)，因此其性能和能耗表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)硅材料。
但利用碳納米管制造芯片并非易事。首先，碳納米管的生長方式非常不好控制；其次，存在的少量金屬性碳納米管會(huì)損害整個(gè)芯片的性能。研究人員想方設(shè)法解決了這些問題，并于2013年制造出全球首臺(tái)碳納米管計(jì)算機(jī)。然而，這臺(tái)計(jì)算機(jī)既慢又笨重，且只有幾個(gè)晶體管。
現(xiàn)在，研究人員更進(jìn)了一步，研發(fā)了一種讓存儲(chǔ)器和晶體管層層堆積的方法，新的3D設(shè)計(jì)方法大幅降低了數(shù)據(jù)在晶體管和存儲(chǔ)器之間來回的“通勤”時(shí)間，新結(jié)構(gòu)的計(jì)算速度為現(xiàn)有芯片的1000倍。而且，該研究團(tuán)隊(duì)還利用芯片新架構(gòu)，研制出了多個(gè)傳感器晶圓，可用于探測紅外線、特定化學(xué)物質(zhì)等。接下來，他們打算對(duì)這套系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，制造更大更復(fù)雜的芯片。
碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖：單個(gè)原子層卷起形成，相當(dāng)于人類頭發(fā)寬度的千分之一
總編輯圈點(diǎn)
電子元件的進(jìn)化歷程從未停止，它們變得越來越小、越來越強(qiáng)大，同時(shí)越來越廉價(jià)，與此同時(shí)，科學(xué)家從來沒有停止過對(duì)于速度的追求。兩年前的秋天，斯坦福大學(xué)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出世界上第一臺(tái)基于碳納米管制造的計(jì)算機(jī)，邁出了挑戰(zhàn)“硅芯片”計(jì)算機(jī)制造主流材料的第一步；兩年后的今天，科學(xué)家讓這款芯片成為時(shí)髦的3D碳納米管計(jì)算機(jī)芯片，我們不禁感嘆科學(xué)家的想象力，就連新的堆疊方式都能讓計(jì)算機(jī)芯片提高1000倍的速度，必須手工點(diǎn)個(gè)贊！
