現在的智能手機,功能是越來越強,拍照是越來越清晰,但有個“老大難”問題,就是續航問題依舊沒能得到完美解決!
每天早上滿電出門,一頓地鐵刷下來,電量就掉了一截;周末出去逛個街,還得滿世界找共享充電寶。
這背后的罪魁禍首難道就是電池的原因嗎?事實上現在的電池容量已經夠大了,但續航依舊沒能提升很大。
其實這事兒就不能全怪電池,因為手機使用的芯片,本身也是個“電老虎”,如果能夠從芯片層面實現技術突破,那么續航確實有望大幅提升。
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最近,有一則從北京大學傳來的重磅消息,可能要徹底改變這個局面了!這消息有多硬核?它可能直接關系到我們未來是不是能徹底跟“一天一充”說拜拜。
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這到底是個啥技術?簡單來說,就是給芯片“換個腦子”。
先給大家打個比方,現在的電腦和手機處理器是怎么工作的呢?它里頭有兩個核心部門:一個是負責思考計算的“大腦皮層”,也就是計算單元,另一個是負責記東西的“海馬體”,這是存儲單元。
但這倆單元不在一塊兒辦公,中間隔著一大段距離,這時大部分的時間和電量,都浪費在這來回跑的路上了!
這也就是為什么現在的芯片雖然算得快,但依然很費電,因為超過一半的能量都消耗在了數據的搬運過程中。
其實科學家們早就發現了這個痛點,于是想出了一個絕妙的點子,這就催生了一種革命性的元器件,鐵電晶體管。
它的厲害之處在于,既能像CPU一樣進行計算,又能像內存一樣存儲數據,實現了傳說中的“存算一體”。
而且,它還有個超能力,就是即使斷電了,存在里面的信息也不會丟!
聽起來是不是完美?但現實很骨感,這個“鐵電晶體管”有個致命的短板,就是“胃口”太大,操作電壓太高。
它想吃一口電,得用5伏甚至更高的電壓,而咱們現在的邏輯芯片正常工作只需要0.7伏左右。
這就像整個團隊都在用節能燈,結果這哥們兒非要開個高功率探照燈,功耗瞬間爆炸,根本沒法在實際的芯片里應用。
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面對這個世界級難題,北京大學電子學院的邱晨光研究員和彭練矛院士團隊,這次是真的放大招了。他們是怎么做的呢?
他們瞄準了晶體管里一個特別關鍵的柵極部件,你可以把這個柵極想象成控制電流通過的“大門”。以前這扇門比較大,想讓它管住高電壓下的鐵電材料,需要使很大的勁兒。
而北大團隊這次干了一件堪稱“刀尖上跳舞”的精細活,他們硬是把這扇“大門”的尺寸,縮小到了驚人的1納米!
1納米是什么概念?咱們的一根頭發絲直徑大約是8萬納米。你把這個數字除以8萬,大概就能感受到這個尺度有多極限了。
在納米世界里,當尺度小到一定程度,就會出現奇妙的物理效應,他們正是利用這種極限的尺寸,制造了一個極其局域、極其強大的“電場”,就像用一根極細的針去觸碰開關,只需要一丁點力氣,就能產生巨大的效果。
這項研究也不只是停留在研究層面,而是已經得出了實驗結果,這項結果更是讓整個業界都為之振奮。
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首先,他們成功地把鐵電晶體管的操作電壓,從高高在上的5伏以上,一舉拉低到了0.6伏!這個電壓,終于能和咱們現在最先進的邏輯芯片愉快地“玩耍”了。
其次,它的能耗低到了令人發指的地步,比目前國際上最好的同類成果還要低上一個數量級。更關鍵的是,它的電壓效率突破了理論極限,達到了驚人的125%。
這意味著那個曾經因功耗過高而被判“死刑”的“存算一體”技術,被北大團隊用一根“1納米的神奇之針”給救活了,而且是在超低功耗模式下的完美復活!
那么,這項技術如果真的走出實驗室,來到我們身邊,會發生什么?可能你的手機不再是“一天一充”,你的智能手表再也不用為了省電關掉各種監測功能等等。
當然,咱們也得理性看待,從實驗室的驚艷亮相,到走進工廠大規模量產,再到裝進你的手機里,這中間還需要很長的一段路要走,還需要解決材料、工藝、成本等一系列工程化難題。
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但無論如何,北大團隊的這項研究,無疑是為整個半導體行業打開了一扇全新的大門。
它證明了=在通往更低功耗、更高性能的道路上,中國人走在了世界的最前沿。下一次當你的手機彈出低電量提醒時,或許可以多一份期待,因為改變它的技術或許已經來了。
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