下一代FPGA的基礎(chǔ)：全球首款革命性石墨稀處理器問世

波蘭的Digital Core Design是全球知名的設(shè)計實驗室，該機構(gòu)日前宣布，已經(jīng)開發(fā)出全球首款采用石墨?。℅raphene）制造的處理器BYT-ON。

2004年，人們首度發(fā)現(xiàn)石墨稀是一種碳同位素異構(gòu)體（allotrope of carbon）。石墨稀是由單層碳原子緊密堆積成蜂窩狀的平面二維晶格結(jié)構(gòu)，它與許多傳統(tǒng)材料截然不同。石墨稀本質(zhì)上是一種半金屬或零間隙的半導(dǎo)體。其Ek關(guān)系在接近二維六角形布里淵區(qū)（Brillouin zone）的六個角附近是低能帶線性的，這導(dǎo)致了電子和空穴的有效質(zhì)量為零。由于這些在低能帶的線性擴散效應(yīng)，接近這六個點的電子與空穴會表現(xiàn)出如同狄拉克方程（Dirac equation）針對自旋1/2粒子所描述的相對論粒子（relativistic particles）行為。

最終結(jié)果便是獲得能以相對論速度傳輸電子信號的石墨稀導(dǎo)體，以石墨稀為基礎(chǔ)的晶體管能夠達到比傳統(tǒng)硅元件快上許多數(shù)量級的開關(guān)速度，而且功耗更低。石墨稀一直是科學(xué)研究人員夢寐以求的材料，事實上，2010年，曼徹斯特大學(xué)（University of Manchester）的Andre Geim和Konstantin Novoselov便是以“For groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene”獲得諾貝爾物理獎。

Digital Core Design在其BYT-ON處理器中使用石墨稀，是電子學(xué)領(lǐng)域的一大創(chuàng)舉。他們并非采用硅架構(gòu)來建立傳統(tǒng)積體電路的方法，而是運用了多環(huán)芳香族碳氫化合物（polycyclic aromatic hydrocarbons）?！拔覀兾覀儾艅倓傇?011年底展開測試，結(jié)果遠遠超出我們的預(yù)期，”Digital Core Design發(fā)言人Tomasz Cwienk說?！拔覀冊谝豢?a href="http://wenjunhu.com/article/zt/" target="_blank">最新的平板電腦中，用新的石墨稀BYT-ON處理器取代了既有處理器。我們已經(jīng)知道BYT-ON的功耗可以降到最低，但我們很驚訝地發(fā)現(xiàn)，這部平板電腦從2012年一月份開機并運行以來，一直到2012年三月底，整整三個月，我們都不必再為電池充電?！?/p>

能夠獲得這種革 命性的成果，或許是由于Digital Core Design所設(shè)計的專有架構(gòu)（該公司已經(jīng)累積了12年之久的開發(fā)經(jīng)驗），這將讓石墨稀在電子產(chǎn)業(yè)開啟全新的應(yīng)用可能性。這種被應(yīng)用在BYT-ON處理器中的架構(gòu)稱之為CISKoRISK 2nd Generation──它能以99.13%接近光速的速度來執(zhí)行所有的操作程序，而且功耗要比等效的傳統(tǒng)硅元件減少99.85 %。

編者按：業(yè)界現(xiàn)在也傳聞全球前十大的FPGA供應(yīng)商也開始秘密和Digital Core Design商討，打算將基于石墨稀晶體管架構(gòu)的BYT-ON作為其開發(fā)下一代FPGA的基礎(chǔ)。在FPGA中采用這項技術(shù)的其中一大優(yōu)勢，是采用石墨稀晶體管建構(gòu)的存儲單元（包含可配置單元在內(nèi)），其速度可較SRAM快上幾個數(shù)量級，密度也會比DRAM和非揮發(fā)閃存高出幾個數(shù)量級，但功耗卻趨近零。此外，石墨稀晶體管也能免除幅射干擾，這讓該技術(shù)更加適合航空應(yīng)用，包括太空探測在內(nèi)。