碳基芯片是以碳納米管和石墨烯為代表的碳納米材料為基礎(chǔ)開發(fā)的,來半導(dǎo)體行業(yè)的研究重點應(yīng)集中在碳基電子產(chǎn)品上,碳基半導(dǎo)體被認為是戰(zhàn)后時代的突破性技術(shù),而碳基材料領(lǐng)域正孕育著一個全新的機會,目前中國的研究機構(gòu)已經(jīng)在碳基半導(dǎo)體領(lǐng)域取得了重大進展,但是從實驗室到市場還需要時間,還沒有實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)開發(fā),新產(chǎn)業(yè)的研究和開發(fā)是一項長期投資,至少需要十年才能看到結(jié)果,碳基材料研究可能需要數(shù)十億美元的資金,由于投資回報前景的不確定性,參與研究的中國本土企業(yè)不多,在這個領(lǐng)域是政府在主導(dǎo),希望它能引起各方越來越多的關(guān)注。
中國制造2025計劃是中美科技戰(zhàn)的根本原因,美國針對華為打壓中國的高科技公司,但它的限制只限于一些領(lǐng)先公司,中國是半導(dǎo)體元件的最大買家,也是電子產(chǎn)品的最主要提供者,與中國脫鉤并不符合美國的利益,美國希望中國生產(chǎn)廉價商品,從美國及其盟國購買高端產(chǎn)品和核心價值部件,這就是為什么美國不允許28納米光刻機運往中國,除了對機器的禁運外,中國面臨的所有障礙都與硅基芯片有關(guān),如果中國能夠制造碳基半導(dǎo)體,所有這些壁壘都不能再阻止中國,由于摩爾定律的限制,芯片發(fā)展到一定程度后就不能再進一步了,摩爾定律強調(diào),冰冷的晶體管的數(shù)量每十八個月就會翻一番,人們認為基于硅的技術(shù)在28納米時已接近極限,但芯片行業(yè)開發(fā)了十四納米十納米甚至三納米的技術(shù),根據(jù)臺積電的計劃,2022年下半年我們將看到三納米芯片的大規(guī)模生產(chǎn),蘋果將成為臺積電三納米的客戶,所以摩爾定律的極限還沒有被打破,至少在三納米級別,仍有可能大幅提高芯片性能,但基于硅的芯片最終會面臨物理規(guī)則的限制,兩納米可能是臨界點。
由石墨烯制成的碳基芯片是未來的發(fā)展方向,在同樣的工藝下,碳基芯片的性能是硅基芯片的數(shù)倍,它甚至可以繞過euVI光刻技術(shù)的限制,因為人們用更高的納米技術(shù)制造出與硅基的性能相同的碳船,西方國家在硅基芯片方面有長期的技術(shù)積累和生產(chǎn)經(jīng)驗,可以制造手機電腦和其他電子器件,中國要在硅基芯片領(lǐng)域超過西方國家并不容易,即使它能開發(fā)自己的紫外線機器,也需要三到五年的時間才能趕上,到那時生產(chǎn)高端硅芯片可能就沒有意義了。
因此中國需要走另一條路,轉(zhuǎn)而采用碳基芯片技術(shù),2020年10月中國科學(xué)院成功研制出八英寸石墨烯,這種晶圓的性能和尺寸都很好,中國的石墨礦藏占世界的四分之三,而其產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的72%,在這種情況下,中國可能會在全球半導(dǎo)體行業(yè)中占據(jù)領(lǐng)先地位,目前英特爾和AMD的CPU多年來一直被限制,現(xiàn)在最快的CPU頻率都在5.5赫茲以下,即使是帶液冷器的超頻處理器也很難超過7赫茲,IBM開發(fā)的石墨晶體管在十年前就已經(jīng)實現(xiàn)了高達155赫茲的頻率,理論上石墨晶體管可以在一兆赫茲下工作,比今天的硅基芯片快200倍,石墨芯片技術(shù)很有前途,但它還沒有被商業(yè)化,我們相信中國將在未來與其他國家的競爭中脫穎而出。