下一代FPGA的基础：全球首款革命性石墨稀处理器问世

摘要：  波兰的Digital Core Design是全球知名的设计实验室，该机构日前宣布，已经开发出全球首款采用石墨稀(Graphene)制造的处理器BYT-ON。

关键字：  处理器，  石墨稀

波兰的Digital Core Design是全球知名的设计实验室，该机构日前宣布，已经开发出全球首款采用石墨稀(Graphene)制造的处理器BYT-ON。

2004年，人们首度发现石墨稀是一种碳同位素异构体(allotrope of carbon)。石墨稀是由单层碳原子紧密堆积成蜂窝状的平面二维晶格结构，它与许多传统材料截然不同。石墨稀本质上是一种半金属或零间隙的半导体。其Ek关系在接近二维六角形布里渊区(Brillouin zone)的六个角附近是低能带线性的，这导致了电子和空穴的有效质量为零。由于这些在低能带的线性扩散效应，接近这六个点的电子与空穴会表现出如同狄拉克方程(Dirac equation)针对自旋1/2粒子所描述的相对论粒子(relativistic particles)行为。

最终结果便是获得能以相对论速度传输电子信号的石墨稀导体，以石墨稀为基础的晶体管能够达到比传统硅元件快上许多数量级的开关速度，而且功耗更低。石墨稀一直是科学研究人员梦寐以求的材料，事实上，2010年，曼彻斯特大学(University of Manchester)的Andre Geim和Konstantin Novoselov便是以“For groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene”获得诺贝尔物理奖。

Digital Core Design在其BYT-ON处理器中使用石墨稀，是电子学领域的一大创举。他们并非采用硅架构来建立传统积体电路的方法，而是运用了多环芳香族碳氢化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons)。“我们我们才刚刚在2011年底展开测试，结果远远超出我们的预期，”Digital Core Design发言人Tomasz Cwienk说。“我们在一款最新的平板电脑中，用新的石墨稀BYT-ON处理器取代了既有处理器。我们已经知道BYT-ON的功耗可以降到最低，但我们很惊讶地发现，这部平板电脑从2012年一月份开机并运行以来，一直到2012年三月底，整整三个月，我们都不必再为电池充电。”

能够获得这种革 命性的成果，或许是由于Digital Core Design所设计的专有架构(该公司已经累积了12年之久的开发经验)，这将让石墨稀在电子产业开启全新的应用可能性。这种被应用在BYT-ON处理器中的架构称之为CISKoRISK 2nd Generation──它能以99.13%接近光速的速度来执行所有的操作程序，而且功耗要比等效的传统硅元件减少99.85 %。

编者按：业界现在也传闻全球前十大的FPGA供应商也开始秘密和Digital Core Design商讨，打算将基于石墨稀晶体管架构的BYT-ON作为其开发下一代FPGA的基础。在FPGA中采用这项技术的其中一大优势，是采用石墨稀晶体管建构的存储单元(包含可配置单元在内)，其速度可较SRAM快上几个数量级，密度也会比DRAM和非挥发闪存高出几个数量级，但功耗却趋近零。此外，石墨稀晶体管也能免除幅射干扰，这让该技术更加适合航空应用，包括太空探测在内。