量子材料將打破矽基極限。物理學家們剛剛找到了一種讓裝置運算速度飆升的方法——通過操控一種名為1T-TaS₂的量子材料，實現了比傳統矽基晶片快1000倍的開關速度。矽基晶片的物理天花板要理解這個突破有多重要，先得知道現在的晶片是怎麼工作的。普通晶片的速度取決於它最小開關的切換速度。在矽基晶片中，這個開關就是電晶體。電晶體要開啟，它的通道必須充電和放電。這個過程通常需要大約1納秒，所以處理器的頻率最高也就幾個GHz。這就是為什麼你的電腦CPU主頻多年來一直徘徊在3-5GHz：我們已經觸碰到了矽基材料的物理極限。量子材料的神奇切換美國多家研究機構的科學家們把目光投向了量子材料。他們操控了1T-TaS₂這種層狀量子材料的溫度，讓它能夠在絕緣和導電狀態之間瞬間切換——就像你手機和電腦裡的電晶體一樣，可以阻止或允許電流通過。關鍵在於速度：整個切換過程只需要大約1皮秒，比矽基電晶體快了整整1000倍！如果用這種材料製作電路中的每個邏輯閘，基礎時脈頻率就能提升同樣的1000倍。每個計算步驟完成的時候，傳統電晶體甚至還沒充到一半電。熱淬火突破研究人員把這個過程稱為「熱淬火」（thermal quenching）。東北大學的物理學家Gregory Fiete表示：每個使用過電腦的人都遇到過希望某些東西載入更快的時刻。沒有什麼比光更快，而我們正在用光以物理學允許的最快速度控製材料特性。雖然1T-TaS₂之前就顯示出在導體和絕緣體之間切換的潛力，但這次的突破在於能在更實用的溫度下工作，而不是需要超低溫環境，而且可以保持數月之久，而不是幾秒鐘。研究團隊通過精確控制加熱和冷卻的方法，以及溫度變化的時機，實現了這一突破：速度要足夠快以保證效果，但又不能太快導致必要的量子態崩塌。從實驗室到你的手機當然，從物理實驗室到消費電子產品還有很長的路要走。Frank(@Frank93688755)提出了另一種思路：我們也可以完全採用FPGA上的下降處理，它們是大規模平行的，不受時鐘速度限制。Lawrence D. Loeb(@LDLoeb)則指出了一個關鍵問題：從我瞭解到的情況來看，這個好處需要-63攝氏度的溫度，所以他們在材料科學上還有很長的路要走，看看能否在室溫下複製這一點（或者開發真的很冷的手機）。這真的很Cool（一語雙關：）Rohan Paul(@rohanpaul_ai)開玩笑回應：是的，還有很長的路。現在，也許可以把整個GPU訓練帳篷保持在-63度，以獲得這1000倍的速度提升😃新範式開啟每個電子裝置都需要導電和絕緣材料，然後需要將它們連接在一起。如果這項技術能夠開發成功，我們將擁有一種更小、更快的單一材料，可以通過光控制在兩種狀態之間切換。Fiete說：我們正處於一個節點，為了在資訊儲存或操作速度上獲得驚人的提升，我們需要一個新的範式。量子計算是處理這個問題的一條路線，另一條是在材料上創新。這就是這項工作的真正意義所在。使用X射線高動態範圍倒易空間對應和掃描隧道光譜學，研究人員揭示了共生電荷密度波和隱藏金屬電荷密度波域在高達210K的溫度下共存。他們的發現表明，每個序參量都以不同的手性取向打破基面鏡像對稱性，並在隱藏相中誘導平面外單元胞三倍化。這項研究成果已經發表在《Nature Physics》上。矽基半導體元件幾十年來一直為我們服務良好，但我們現在正在接近這些晶片所能提供的物理極限。因此，製造商正在尋找替代選擇。雖然1T-TaS₂使用的技術現在還遠遠不能塞進我們的裝置中，但它們確實為不同類型的元件和不同的電子方法開闢了潛在路徑，可以在未來幾年提供嚴重的性能跳躍。當我們還在為5nm、3nm工藝的提升而歡呼時，量子材料已經在用完全不同的方式思考問題——不是把電晶體做得更小，而是讓開關本身變得更快。而回看電腦歷史上的幾次範式轉變：從電子管到電晶體，從單核到多核，每一次都不是簡單的性能提升，而是思維方式的根本改變。現在，量子材料正在敲響下一扇門。 (AGI Hunt)

近日，湖北九峰山實驗室（JFS）在硅光子整合領域取得了里程碑式的突破性進展，成功點亮了整合到矽基晶片內部的雷射光源。這一技術在國內尚屬首次實現，標誌著中國在硅光子學晶片領域取得了重大突破，成功突破了晶片間巨量資料傳輸的物理瓶頸。 九峰山實驗室的這一成果採用了自研的異質整合技術，經過複雜的工藝過程，在8吋SOI晶圓內部成功完成了磷化銦雷射器的工藝整合。這一技術被業內稱為“晶片出光”，它通過使用傳輸性能更好的光訊號替代電訊號進行傳輸，顛覆了傳統的晶片間訊號資料傳輸方式，解決了當前芯間電訊號已接近物理極限的問題。 隨著人工智慧大模型的開發和應用、自動駕駛、遠端醫療、低延時遠端通訊等領域對算力的需求不斷增加，傳統的在單個晶片上增加電晶體密度的方法已越來越難以滿足需求。因此，業界開闢了新的思路，將多個芯粒封裝在同一塊基板上，以提升電晶體數量。然而，這也帶來了新的問題：在單個封裝單元中芯粒越多，它們之間的互連就越多，資料傳輸距離也就越長，傳統的電互連技術迫切需要演進升級。 與電訊號相比，光傳輸的速度更快、損耗更小、延遲更少，因此晶片間光互聯技術被認為是推動下一代資訊技術革命的關鍵技術。九峰山實驗室的硅光工藝團隊與合作夥伴經過近十年的協同攻關，終於成功點亮了片內雷射，實現了“晶片出光”。

隨著地緣政治格局變得越來越緊張，中國香港正將自己定位為中國國家戰略和半導體發展中的關鍵參與者，特別是在規避美國出口管制和推動技術創新方面。香港在第三代半導體領域的投資近期發展凸顯了一種精心策劃的戰略，旨在與中國的目標保持一致。 香港最新半導體投資 2024年5月，立法會財務委員會討論一項重大投資，即28.3億港元，用於建立“香港微電子研發中心”，專注於第三代半導體。這項計畫包括建立一條試驗生產線，配備I線光刻裝置、光刻膠顯影工具、高溫離子注入機、高溫退火爐和薄膜工具等必要工具。這項撥款在短短84分鐘內迅速獲得批准，是在香港科技創新局局長孫東的敦促下。 當親北京議員詢問這項技術是否被美國政府禁止時，孫東強調，幸運的是，第三代半導體製造所需的 I 線光刻工具尚未受到美國出口管制的限制。因此，應盡快批准這筆資金，以免這一漏洞被堵上。