“半电路、半电磁场”的集成电路设计构想

杨正瓴

2019-02-23

天津大学 电气自动化与信息工程学院，天津 300072

    2018年01月，IEEE SPECTRUM 期刊刊登了“4 strange new ways to compute”一文。里面提到：

    晶体管之间的连线现在已经更紧密地封装在一起，这会引起串扰，一条线上的信号会通过寄生电容进到邻线上去。过去的研究都是如何防止串扰，使之不会破坏系统的正常工作。密苏里大学堪萨斯城分校的Naveen Kumar Macha和他的团队已经利用了这一点。过去我们都是要防止串扰，在今天的逻辑电路中，干扰信号传播出毛刺，Mache说他们要用它参与逻辑。

    Macha他们发现，适当安排连线可以出现类似的逻辑行为。譬如三根平行线，给旁边的一根或两根线一个电压，就会在中间那一根上引起一个串扰，这不就是一个或门吗？明智地增加一个晶体管，他们构建了与门、或门、异或门，以及一个有进位功能的电路。这四种电路都比相应的CMOS电路更少的晶体管和少得多的芯片面积。

    实际上，1995年的《关于“互容”概念的意义》一文第 38 页写到：

   （2）在实践上，由于“互容”可看成是寄生在寄体上“部分电容”的特定表现，因此，“互容”概念的建立，意味着有可能将通常不受欢迎的寄生的“部分电容”用作信号传输的“元件”。这在特殊电路中应有所考虑。由于互容参数较小，因而可考虑用来实现高集成度的快速的“神经网络”这类多互联的电路集成（即直接利用寄生的“互容”参数来实现电路的互联）。

    上述想法，实际上是“半电路、半电磁场”的计算：

    电磁信号的一部分通过导体传递，另一部分直接以电磁场的方式通过空间（绝缘体）直接传递。

    在集成电路的走向纳米的时期，当基于量子力学的电路设计尚未完成时，建议研制专门的电磁场仿真软件，依据经典电磁理论进行“半电路、半电磁场”的集成电路设计。这是目前进一步提高集成度的可能途径之一。

    1995年的文献，只提到“互容”传输线号。一般地，具体的集成电路设计计算还得考虑互感等。就是信号部分通过导线、部分直接从空间传播。暂时使用麦克斯韦经典电磁场理论（不用量子力学）进行集成电路的设计。

    导线之间距离大，且导线长度短时，可以用“电路”来设计；

    反之，

    导线之间距离小，且导线长度大时，改用“电磁场”来设计更合理。

    宏观世界里，常见的远距离输电线，就要考虑“分布参数”了，实际上就是“电磁场”的作用。也是一种“半电路、半电磁场”的方式。

参考资料：

[1] Moore, SK.4 strange new ways to compute[J]. IEEE SPECTRUM,2018, 55(10): 10-11.

https://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/4-strange-new-ways-to-make-a-computer

[2] 闵应骅，2018-01-12，放开思路，重振计算科学技术 (180112)[EB/OL]

http://blog.sciencenet.cn/blog-290937-1094444.html

[3] 杨正瓴. 关于“互容”概念的意义[J].  电工教学，1995, 17(4): 35-39.

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQDZ199504010.htm

http://www.cqvip.com/QK/98031X/199504/2000725.html

请问：

《科学智慧火花》编辑组老师：您好！

上次本文

http://idea.cas.cn/viewudoc.action?docid=68285

被退稿，是不是因为格式乱了？我录入时是正常格式。但是提交后，就成为您们看到的混乱格式。我试了试，不会修改。

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祝您工作顺利！