21世纪将进入纳电子时代

李国杰

 

人们常把集成电路称为微电子器件,这个“微”字不只是微小的意思。严格来讲,微电子器件是指芯片中的线宽在一微米(百万分之一米)左右。目前最先进的集成电路已采用0.13微米工艺。今后十年内,线宽可能降到0.07微米甚至0.05微米,即50纳米(一纳米是10亿分之一米)。当器件工艺达到纳米数量级,现在的半导体器件原理就不再适用。科学家们正在研制纳米尺寸范围内的新器件,如单电子晶体管、量子器件、分子器件等,这些新的器件统称为纳电子器件。今年427日,IBM公司宣布研制成功纳米炭管晶体管阵列,其器件大小只有目前微电子器件的1/500。本世纪上半叶,纳电子器件将逐步成为主要的电子器件,其集成度与性能将有成千上万倍提高。到那时,信息技术将从微电子时代发展到纳电子时代。

量子计算机将是纳电子时代的重要产品。但目前的量子器件最多只做到5个量子位,而实用的量子计算机至少要一万位以上。由于至今尚未找到制作大位数量子芯片的方法,专家们估计20年内难以建成实用的量子计算机。相对而言,量子密码和量子通信技术进展更快些,量子密码技术5-10年内有可能建立速度提高1000万倍的量子因特网。

量子计算机适合于并行程度很高的计算,不大可能完全取代现在的电子计算机。在相当长的时期内,以“程序存储”为主要特征的冯.诺依曼计算机仍然会是计算机的主流。

从微电子器件到纳电子器件是一个逐渐进步的过程。近几年内,将一个系统做在一个芯片上的片上系统(SOC)将是微电子器件的主要发展方向。美国去年发射的重量只有200左右的小卫星就是SOC的典型代表。用越来越小的器件构造越来越复杂的系统是信息技术的发展方向之一。

 

2001

 

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