英特尔研发出新量子材料取代CMOS，成为摩尔定律救命丹
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摩尔定律延续的希望来了！Nature发布的最新论文显示，英特尔和加州大学柏克莱分校的
研究人员正在研究超级芯片，已经在自旋电子学领域取得突破进展。
摩尔定律主要是积体电路中可容纳的电晶体数目，约18个月增加一倍。其中的电晶体主要
为CMOS电晶体，目前主流看法是在5奈米节点后的电晶体将逼近物理极限，导致摩尔定律
终结。
英特尔研究人员发现用自旋电子学技术能够让现在芯片元件尺寸缩小到五分之一，并降低
能耗超过90%。一旦这项技术能够进入量产，可望研发出超级芯片，以延续为摩尔定律的
有效性。
从80年代以来，大多数电子产品都依赖于CMOS电晶体的使用。然而，CMOS操作的原理涉及
由绝缘栅极控制的可开关半导体电导率，这在很大程度上是不变的，即使电晶体能被缩小
到10奈米的尺寸。
可是英特尔和柏克莱大学的研究显示：一旦其采用多铁性和拓扑材料，放入逻辑和内存
器件中，比起CMOS电晶体还能够提供10到100倍能源效率。在相同空间下，MESO（
magneto-electric spin-orbit；磁电旋转轨道）装置的逻辑运算比起CMOS高出五倍，因
而在单位面积有较多运算，这是摩尔定律的核心原则。
具体而言，研究人员提出一种可伸缩的自旋电子逻辑元件，它通过自旋轨道转导和磁电开
关来工作。该装置采用先进的量子材料，特别是相关氧化物和物质拓扑状态，进行集体开
关和检测。
由于物联网与人工智能的崛起，未来急需要具能源效率的电脑。根据美国能源部预估，随
著电脑芯片产业在未来几十年内将扩大到数兆美元，电脑的耗能将从目前美国所有能源消
耗量的3%猛增至20%，几乎与今日运输所需的能源相当。如果没有更节能的电晶体，将电
脑芯片整合到所有物件中（即所谓的物联网），则产业发展将受到阻碍。此外，从国家战
略角度来看，如果没有新的科学技术，美国在制造电脑芯片方面的领先优势，可能会被其
他国家的半导体制造商所取代。
由于机器学习，人工智能和物联网的缘故，未来的家庭、汽车与制造能力和今日将相当不
同，这也是英特尔与和加州大学柏克莱分校的研究人员，企图以新材料让MESO取代CMOS地
位的原因。
总之，在自旋电子学技术下，MESO有望在未来取代目前广泛使用的CMOS电晶体，进而延续
摩尔定律的力量。