IBM发现可为芯片充电的新分子技术

据物理学家组织网3月22日（北京时间）报道，IBM公司21日宣布了一项在分子层级的材料科学突破，从而为新型非易失性内存和逻辑芯片的研发铺平了道路。

与传统的半导体充电方式不同的是，IBM科学家发现了一种使用微细离子电流给芯片充电的新方法。这种带电分子流能够模拟人脑运行的“事件驱动”的方式。相关研究成果发表在3月21日《科学》杂志上。

今天的计算机通常使用由CMOS工艺技术制成的半导体，这些芯片每隔两年性能增加一倍，尺寸和成本则下降一半。但开发制造CMOS芯片的材料和技术正在迅速接近其物理和性能极限，因此亟待开发出新的技术解决方案来制造更高性能、更低功耗的设备。

IBM研究人员在材料特征化过程中，通过插入和删除氧离子，首次将金属氧化物从绝缘状态转变为导电状态。实验结果显示，一旦材料成为导体，即使在设备电源关闭的情况下，非易失性内存芯片仍将维持一个稳定的金属状态。这种非易失性特性意味着，芯片可以更有效地以“事件驱动”的方式来存储和传输数据，而不像硅那样需要通过一个电流来持续充电和关闭。

为了实现这一突破，IBM研究人员将带正电荷的离子液体电解质运用于一种绝缘的氧化物材料，并成功地将该材料转换为导电金属。材料将保持其金属状态，直到带负电荷的离子液体电解质将其转换回原来的绝缘状态。金属—绝缘体相变材料已经存在并被研究了很多年，但与之前研究结论相反的是，IBM研究人员发现正是在金属氧化物中去除和添加氧离子造成了材料状态的改变。（记者冯卫东）

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这项新技术是用一种颠覆的方式解决芯片的能耗问题。它的亮点不在于对大脑的准确模拟，其主要目标是要向人脑的工作效率看齐——人脑是众所周知的复杂，又是无可挑剔的节能——而神经学认为，这就是仰仗于人脑用“事件驱动”方式执行任务，它只跟随当前时间点上出现的事件调动可用资源。IBM正是希望给芯片供电的新方式能效仿人脑，不用像传统硅芯片那样不时充电。如果说这项成果扭转了人们对当前半导体制造过程的认知，应该不算过分。