透過結(jié)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(xiàn)這項創(chuàng)造混合“生物-半導體”系統(tǒng)從而推動先進資通訊技術(shù)進展的目標，美國半導體研究機構(gòu)Semiconductor Research Corp. (SRC)日前于北卡羅萊納州三角研究園(Research Triangle Park)發(fā)布一項名為“半導體合成生物學”(Semiconductor Synthetic Biology;SemiSynBio或SSB)的計劃。

這項計劃將由SRC旗下三大研究計劃之一的Global Research Collaboration (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(Yale University)、喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)、楊百翰大學(Brigham Young University)、麻州大學(University of Massachusetts)以及華盛頓大學(University of Washington)。

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

該計劃的目標將探索分子級附屬芯片制造過程，采用來自生物學的技術(shù)實現(xiàn)次納米級設(shè)計特色。例如，DNA將作為引導納米級芯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編碼納米級材料，使其可自動移植到程式碼匹配的區(qū)域。該計劃預計在2024年底時就能用以大幅改善芯片良率，顯著降低缺陷以實現(xiàn)更先進的芯片。

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(guān)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(zhí)行副總裁Steve Hillenius指出。

該研究的第二個領(lǐng)域是所謂的“細胞形態(tài)(cytomorphic)-半導體電路設(shè)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芯片架構(gòu)等。從活細胞中化學電路與資訊處理技術(shù)的極高能效作業(yè)中獲得啟示，將有助于建立創(chuàng)新的cytomorphic電路，以新的生物啟發(fā)途徑創(chuàng)建更高效率、混合訊號、類比/數(shù)位電路設(shè)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，”SRC GRC跨學科研究總監(jiān)Victor Zhimov表示 。

生物-電子感測器

研究的第三個領(lǐng)域?qū)⑻剿餍碌纳镫娮痈袦y器、致動器，以及整合生物材料的來源，包括重新設(shè)計使其整合至CMOS芯片的活細胞，以制作出具有更高靈敏度與低功耗作業(yè)的混合生物半導體。

利用活細胞可實現(xiàn)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芯片上，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(jīng)像是強大的電腦了，但僅用于實現(xiàn)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)。