硅谷變“鐵谷”：鐵電材料有望突破計(jì)算機(jī)發(fā)展瓶頸

　　經(jīng)過幾十年的反復(fù)再造，硅晶體管開始顯現(xiàn)出了其發(fā)展的瓶頸，整個(gè)行業(yè)都開始尋找它的替代品。目前一種新的可供選擇的材料出現(xiàn)在了人們面前，如果這種材料可以成功運(yùn)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，這將促使計(jì)算機(jī)處理器不僅能有效提高能源利用率而且還能夠提高運(yùn)算能力并能用于存儲設(shè)備。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以利用電荷迅速地在四種不同狀態(tài)之間進(jìn)行切換的鐵電材料來存儲數(shù)據(jù)。由這種材料制成的晶體管可以利用這些不同的電荷狀態(tài)表達(dá)比1和0更多這樣的基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)字邏輯，而且它還可以容納這些電荷狀態(tài)而不需要外部供電，這種材料也能夠處理信息以及存儲信息。

　　IBM的Watson研究中心的科學(xué)家Thomas N. Theis表示，如今硅晶體管已經(jīng)縮小到了納米級別，它也遇到了難以提升綜合表現(xiàn)的瓶頸期，從而導(dǎo)致不能很好地協(xié)調(diào)功耗過高、散熱和速度等問題。而使用了這類處理器的產(chǎn)品都采用了各自不同的方式來克服這些挑戰(zhàn)。

　　Martin與理論化學(xué)家Andrew Rappe共同合作并在賓夕法尼亞大學(xué)進(jìn)行建模并測試鐵電體。

　　與硅晶體管一樣，鐵電體可以在不同的狀態(tài)之間進(jìn)行切換從而表達(dá)信息。但是切換的物理現(xiàn)象與硅晶體是完全不同的，鐵電體不局限于在傳導(dǎo)與絕緣狀態(tài)之間切換，鐵電材料也能切換電極——改變材料中電流的方向。

　　鐵電材料具有天然的電極，可以通過使用電場來改變電極方向。到目前為止該切換只需要幾納秒，對于數(shù)據(jù)存儲來說這樣的速度足夠快，但對于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理而言，這樣的速度還有點(diǎn)慢，而且它需要消耗相當(dāng)多的能量。

　　Martin用各種各樣的鐵電材料制作了產(chǎn)品進(jìn)行測試，包括鋯鈦酸鉛，在測試中它展示出了更快的切換速度，并且只需要較低的電壓。測試結(jié)果公布在了Nature Materials雜志上，從結(jié)果來看這些鐵電材料的切換速度比常規(guī)設(shè)計(jì)至少快了兩至三倍。

　　IBM的Theis表示，這項(xiàng)測試研究的結(jié)果似乎表明了我們對這些材料的理解又取得了非常重大的進(jìn)步。

　　Martin表示，他和Rappe希望可以不僅僅局限于鐵電材料使用在存儲設(shè)備上。他們的一個(gè)想法是將這些鐵電體與硅材料進(jìn)行結(jié)合，從而制作出一種新型晶體管。這種采用這種晶體管的裝置將會高效節(jié)能，并會將計(jì)算處理和存儲結(jié)合為一體。Martin表示，由于這種材料具有十分優(yōu)異的特性，對于家庭用戶而言，即使發(fā)生斷電現(xiàn)象也無需擔(dān)心資料丟失;對于企業(yè)而言，由于可以集計(jì)算與存儲為一身，可以節(jié)省下建立數(shù)據(jù)中心的一大筆資金。