透過結合生物學與電子學的兩種不同電子流，可望為更精巧高效的處理器帶來突破性進展。為了實現這項創造混合“生物-半導體”系統從而推動先進資通訊技術進展的目標，美國半導體研究機構SemiconductorResearchCorp.(SRC)日前于北卡羅萊納州三角研究園(ResearchTrianglePark)發布一項名為“半導體合成生物學”(SemiconductorSyntheticBiology;SemiSynBio或SSB)的計劃。

這項計劃將由SRC旗下三大研究計劃之一的GlobalResearchCollaboration(GRC)贊助，在最初的階段將為美國多所大學的研究人員們提供三年225萬美元的研究基金。參與該計劃的幾所大學包括麻省理工學院(MIT)、耶魯大學(YaleUniversity)、喬治亞理工學院(GeorgiaInstituteofTechnology)、楊百翰大學(BrighamYoungUniversity)、麻州大學(UniversityofMassachusetts)以及華盛頓大學(UniversityofWashington)。

“SemiSynBio計劃將促成電子學與生物化學的結合，”MIT教授RahulSarpeshkar表示：“半導體是有關電子在線路中的長程運動，而生物化學則涉及化學反應中電子在分子間的短程運動。所以當半導體技術進展至完全微縮后，業界就必須處理化學相關問題，而這正是活性細胞最能發揮效用之處。”

該計劃的目標將探索分子級附屬晶片制造過程，采用來自生物學的技術實現次奈米級設計特色。例如，DNA將作為引導奈米級晶片特性進行自組裝的模板材料──這也是目前所用的替代方案。透過以DNA編碼奈米級材料，使其可自動移植到程式碼匹配的區域。該計劃預計在2024年底時就能用以大幅改善晶片良率，顯著降低缺陷以實現更先進的晶片。

5nm線寬的導電金屬半導體互連可使用DNA模板引導其自組裝。

“目前在定向自組裝方面已有一些相關研究了，使用大量的分子即可建立模式，但使用DNA則是一種更先進復雜的方式，”SRC執行副總裁SteveHillenius指出。

該研究的第二個領域是所謂的“細胞形態(cytomorphic)-半導體電路設計”，包括近期對于細胞生物學的了解，以及新式的超低功耗微晶片架構等。從活細胞中化學電路與資訊處理技術的極高能效作業中獲得啟示，將有助于建立創新的cytomorphic電路，以新的生物啟發途徑創建更高效率、混合訊號、類比/數位電路設計。

“這項計劃的主要目標之一在于打造出能耗較目前更低100-1,000倍的處理器，”SRCGRC跨學科研究總監VictorZhimov表示。

生物-電子傳感器

研究的第三個領域將探索新的生物電子傳感器、致動器，以及整合生物材料的來源，包括重新設計使其整合至CMOS晶片的活細胞，以制作出具有更高靈敏度與低功耗作業的混合生物半導體。

利用活細胞可實現更靈敏與更低功耗的生物-電子感測器。

“在這方面，我們的目標是將活細胞整合于半導體晶片上，使其得以相互搭配運作──讓活細胞的作用像電腦一樣”，Zhimov說，“細胞是已經像是強大的電腦了，但僅用于實現各自目標，我們的變化將改變其DNA使其得以為我們進行運算，以及作為連至外部電路的雙向通訊鏈路。”

截至目前為止，SRC將為SemiSynBio計劃提供所有的資金，但Hillenius表示也將取得其他資金來源，如美國國家科學基金會(NSF)。

(關鍵字：合成 生物 半導體)