光子芯片呼之欲出，ASML和我国国产光刻机一样迎来全新挑战!

20世纪70年代，由于半导体激光器和光导纤维技术的重大突破，开始形成了光子学。光子学的研究内容有光子的产生、运动、传播、探测、与其他物质（包括光子本身、电子等）相互作用，光子存储、载荷信息的传输、变换、处理等。

人类已经在应用光子在光导纤维中传输信息，把光子应用应用到芯片上，具有重大战略意义，光子芯片可以最终淘汰电子芯片。

在这方面首先获得突破的是：美国麻省理工学院的研究人员在去年6月公布，他们开发出一种新型"光子"芯片，它使用光子而不是电子，并且在此过程中消耗相对较少的功率。该芯片可用于处理大规模神经网络的效率比现有的计算机高出数百万倍。可以说绝对是一款可以跨时代的产品。

目前我们手机中使用的芯片叫做电子芯片，和当下提出的光子芯片方案完全不同。光子芯片是以硅和硅基底材料或者其他更优秀的材料来作为光学的传输光子的介质，通过融合集成在一定的空间里，用其代替电子芯片进行传输信息。简单点来说，就是把目前电子传输的方式改为光子传输。而光子传输的方式比电子传输的方式计算能力要高不少，同时功耗也要低。

电子和电子之间有强大的库伦电力，会相互干扰。所以，电子技术下，进一步提高计算机芯片的存储密度，进一步加快计算机运算、互联网传输的速度，会导致芯片等元件温度大幅度的升高，不但额外的消耗能量，而且损坏元件，所以是越来越困难。与电子相比，光子和光子之间没有库伦电力作用，光子和光子之间相互干扰比电子小几个数量级别。光波波长短、频率高、分辨率高。光子是光速，速度快，响应、处理速度更快。光平行性好，单位体积内可以容纳更多，也就是存储信息的密度高，光抗干扰性也好。

总而言之，光子比电子有5大优势：响应速度快。传输容量大。存储密度大。处理信息速度快。微信化、集成化。关于光子芯片的技术原理，

光子芯片利用半导体发光，结合光的速度和带宽，具备了抗干扰性和快速传播的特性。光子技术在多个应用上的低功耗、低成本是最大的优势。在运行平台上，某一个区域可以同时完成很多的维纳量级，以光子为载体的信息功能分支机构，形成一个整体，具备大型综合运算能力的光子芯片。由于信息时代人工智能大数据的发展，光子载体的各个分支数据流量已达到满载，就要用集成技术将微纳级的光子导入到芯片内部，成为纳米级的光子芯片。

目前芯片用的材料是硅，当发展到5纳米以下的制程后，5纳米的芯片内部结构间隔尺寸已经很接近原子的距离，使用原有的硅晶原材料尺寸已经很微小，栅极尺寸太短，电流很容.易将薄氧层击穿，造成两极短路。还有一种情况就是容易造成晶体管的金属薄膜针被电流熔断，造成两极开路。这些问题涉及了极限尺寸，已经没有办法用技术的手段做改进，只能寻找新的材料替代。

华为麒麟芯片何去何从？美国宣布新规，台积电9月15日起断供

在今年华为备受大家关注，孟晚舟未能被加拿大释放就引起大众不满，而且美国还加大打压力度，多次颁布新规针对华为，不仅如此还存在修改规定的情况。对华为影响最大的还是芯片生产，目前只有台积电能够量产5nm芯片，台积电也是一直和华为合作的对象，但是美国

硅基已经走到极限，光子芯片新材料如何解决呢？接下来人类还需要思考新的解决办法，那么有两种思路，第一种更换材料，第二种方式选用更加高效的新型计算机体系，比如量子计算机，这是人类又不得不去面对的问题。

对于新的材料，目前有两种：第一种是钼晶体管，还相对而言钼晶体管更加优秀，能效比更高，理论待机功耗只有硅晶体管的十万分之一，而且又有做成柔性芯片的潜力，但还存在很多技术难题，而且钼的成本相对于硅来说也高的多。第二种就是碳纳米管，这个相对来说，更现实，相比于硅芯片，碳基芯片能效方面也至少领先三代，最大能效能达到硅基芯片的10倍，这就意味着，相同的性能，碳基芯片对于工艺的要求更低，理论上硅基芯片需要的3nm或者5nm，碳基芯片14nm就可以了。碳基芯片将会是硅基芯片的续命版本，当硅基芯片进入3nm之后，瓶颈效应明显，这个时候就可以选用碳基芯片继续推进，中科院彭练矛团队在碳基半导体工艺制程方面取得关键突破。

目前国内已经规划在碳基芯片方面建成了一条设计，制造的全产业技术链条，最快将会在两年后见到28nm的碳基芯片，其理论性能等于硅基芯片的7nm。 目前我国还有几家企业在研发光子芯片相关的项目，像光速的收发模块、光处理模块已取到了突破性进展。科研机构已经投入开发的硅光子芯片平台，可以完成100bps的光子芯片试制，测试平台也在搭建中，预计2021年可以完成研发工作。碳基硅基光芯片双管齐下，稳妥又不乏革新。

光刻机研发目前上海微电子28nm制程，理论上对于碳基芯片生产基本满足需求，同样对应新的碳基半导体，光刻机研发迎来新的变革。

英国法国德国在光子芯片研发方面也不甘落后，电子芯片换代太快，继续下去，那么2nm的碳基光子芯片工艺制程也会工程化。摩尔定律极限顶点无法再有超越的情况下，光子芯片就会成为主流。

ASML光刻机虽然目前世界领先，但是仅仅对于硅基材料，面对全新的碳基半导体材料，就是他们最先进的EUV极紫外光刻机和我国上海微电子的国产光刻机一样面临同样碳基挑战!或给国产光刻机带来赶超的机遇。

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