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从微电子到纳电子（110227）
闵应骅
http://blog.51xuewen.com/ymin/article_41657.htm
    在基金委SOC重大专项快要结束的时候，大家酝酿下一个专项时，我曾经提议纳电子学。因为微电子已经发展到这样的地步，其功耗、散热、串扰等问题必须探索新的途径，那就是纳米电子的时代。这需要基础研究的成果来支撑。不过，我并不知道纳电子学究竟应该研究什么，可能同仁们也知之不多，未能提上日程。
    谈到微电子，我想起清华大学童诗白（1920-2005）教授。我1987年回国之后，与他接触较多，与他的共同语言也多。他1951年获UIUC电机工程博士，1955年按当时的未提名的“千人计划”回国。他主编的《电子技术基础》和《晶体管电路》是我们这一代人入门微电子的基础教科书。读了他的书，我也就学懂了一点晶体管和集成电路的知识。
    今天，进入纳电子时代，并不光是制造工艺的进一步纳米化，寻求工艺上的小改进。可是，应该怎么做呢？大家有点迷惘。今年2月份的IEEE Computer 发表了一个“从微电子到纳电子”的专辑。就本人的理解，在这里简单介绍一下，真的是想抛砖引玉。
    纳电子技术主要碰到两个挑战：一个是要发明一种可扩展的元件及其制造技术，以代替晶体管。另一个是要设计系统结构，使之能使用这种装置进行信息处理。
    记忆电阻存储器（memristive memory）是一种基于模拟信号的动态纳米元件。记忆电阻是非线性的，可以构成交叉开关，并且，其材料可以与CMOS工艺兼容。HP和波士顿大学做了一个大型电脑网络和算法的模拟器，用等价于生物神经原连接的微小电子元件。为此而使用了这种存储电阻器，称之为忆阻器。进而实现在存储中做处理的体系结构。这是一种微电子和纳电子混合的电脑计算机结构。
    另一种是用纳米晶体元件，一种双金属浮动门MOSFET代替DRAM，用SRAM做可编程连接的纳电子器件。用纳米线交叉开关，不用硅微电子，而用半导电纳米线。下面的图显示一个16纳米的存储元件。
    纳米制造的变差使纳米计算机有可靠性问题，需要在纳米元件级上实现冗余、修复和重构；在系统级，出现故障时，程序和数据可以在拓扑已知的条件下去重新分发。这就是纳电子技术中的容错问题。
    这些问题及其研究都很新，我不懂，可能有些读者也不懂。但是，我相信，一定有许多内行是懂的。而且，正因为新，才显示了更大的创新空间。等到人家都做好了，我们再去学，那已经只有改进的份了。现在我们其所以原创性成果少，就是因为老跟在人家后面。你看现在研究计算机体系结构的，有研究纳米电子元件的吗？基本都是一些小改进、不同的应用，这就必然进入"me too"的范围，而无法原始创新。

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关键词：微电子 Computer compute Article Comput 清华大学 微电子 电子学

不是很懂，努力了解中