芯片出路在趋小，中国芯片“变道超车”发展，未来可期

同道而行，实现超越前者，极其艰难。因为前者会用领先的优势，设置各种障碍，阻碍后者超速超越。而实现“变革”——变道，走前者不一样的道，反而易实现超越，因为新道上，无人为阻碍，只要车有多快，就多大速度，实现超差异道的前者。

自从1958年，杰克·基尔比，将五个锗晶体管件集成在一起，从而诞生了人类历史上第一块集成电路。相对传统的晶体管，这次创新变革，实现了微小型化、高集成化、低功耗、智能化、高可靠性、低成本等优点，开创了电子技术历史的新纪元。

但是以锗为材料的器件耐热性差，工作不稳定，且稀有，难以大批量生产。

1959年，作为一个富有远见的领导者，英特尔创始人的罗伯特·诺伊斯，实现“变道”，走了不同于前者的“车道”，把多种元件放在单晶硅片上，用平面工艺将它们连接起来，可以大幅降低电路的尺寸，功耗以及成本。”从而实现了超越前者的变革。

罗伯特领导的“集成电路”变革，很快便扩散全球，半导体初创公司涌现，更多功能更强、结构更复杂的集成电路被发明，半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。

半导体电路集成，从没有停止前进的步伐，晶体管尺寸越来越小。

以硅为原材料的芯片，其集成化程度越来越高，在制程工艺方面也逐渐逼近极限。14nm、10nm、7nm、5nm，在制程工艺7nm的硅基芯片，就开始了量子隧穿效应。在硅基制程工艺上，理论极限值为1nm。

蓦然回首，硅基芯片在芯片的“皇位”上，已达60年，其亦出现了老态聋钟，老眼昏花。在制程工艺方面，逐渐暴露出硅在速度、延迟性、光检测的一些缺陷。

由于晶体硅可以看成正立方体。8个顶点就是8个硅原子的球心。故一个晶胞单位，容量就为一个硅原子大，也就是5nm的长度单位 只能放下10个不到的晶胞即硅原子。

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在上图的晶胞结构中，每个球，即为一个硅原子。如果是1nm，硅基的晶体，只能放入一个硅晶胞，量子隧穿效应，就会非常显著，就造成电子无法按照规定的线路走，出现电子失控，这样就会影响芯片的高性能。

在硅这条道路上，注定了只剩归途。

芯片制程工艺，没有最小，只有更小。按照摩尔定律，硅基芯片该退出“皇位”了，毕竟，科技的宝座，没有永远的皇帝，只有不断涌出的变革的“后浪”，在代表着未来的变化。

谁能成为坐上“皇位？大道无常！

于是乎，各个国家的科学家都寻觅能代替“硅”的新皇帝，以期盼有的变革变化。于是许多科学家提了许多方案，例如，石墨烯、碳纳米管、碳化硅、氮化镓等。

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至于有有些科学家提出在保留硅材料的前提下，也就是从架构的角度将硅材料以全新的方式进行配置，比如3D模式。这些只能苟延“硅基芯片的王朝”，但是不能起到根本性的变化。

想要有突破性的进展，改进是远远不够的，唯有变革创新。

我国押注在碳基芯片，提出了利用碳纳米管来取代硅的方案，因为，与硅原子相比，碳原子更小，且科学界普遍认为碳纳米管自身的材料性能远优于硅材料，碳管晶体管的理论极限运行速度可比硅晶体管快5～10倍，而功耗却降低到其1/10。

也就是说，使用碳纳米管材料，14nm制程工艺的碳基芯片，可以达到5nm制程工艺的硅基芯片；5nm制程工艺的碳基芯片，可以达到1nm制程工艺的硅基芯片。

可见，但从性能上讲，碳基芯片的制程工艺，相比硅基芯片，在对光刻机的性能要求上，会显著的降低。对于我国芯片发展，无疑是天赐良机！

无疑，碳纳米管是极佳的晶体管制备材料，这也是为什么我国会研究碳纳米管的原因。

至于碳管晶体管的极难的提纯问题，今年5月份，北京大学教授彭练矛和张志勇教授科课题组，采用多次聚合物分散和提纯技术得到超高纯度碳管溶液，并结合维度限制自排列法，在4英寸基底上制备出密度为120/μm、半导体纯度高达99.99995%、直径分布在1.45±0.23 nm的碳管阵列，成功解决了长期困扰碳管集成电路的难题，验证了碳基芯片已经具备批量化制备的可能性。

至于说，我国的碳基芯片方案能否终结硅时代，还要看后续的量产使用，但是最起码，在争夺芯片的“皇位”上，我国已经拿到了入场券。可以和其他国家一起同台竞技，不像以前一样，连当观众的资格都没有。

故此有了， 9月20日，北京大学官网信息显示：9月17日上午，华为技术有限公司CEO任正非带队访问北京大学，其深意意味深长，令人遐思。

更让人振奋的消息还在后头，9月16日当天，科研领域的国家队——中科院代表人士“放话”，接下来将聚焦关键的核心技术，有效解决光刻机、高端芯片等方面等“卡脖子”问题。

可见，我国在碳基芯片这个新的“车道”上，已经开始布局，可谓我国在高端芯片上，已经可以“闻得到”，至于“触手可及”，预估最多不超5年！

至于说，更小采用量子位的量子芯片。当前已突破了经典集成电路基于二值逻辑的运算规则，有望突破传统计算机的算力极限。但是量子计算机仍处于实验室探索阶段，而且对环境要求极为苛刻，需要在接近绝对零度（-273.15摄氏度）的环境下运行，距离真正的商用，还有很长的一段路要走！我国在这方面以潘建伟为首的科研团队，早已经布局！

故此说，碳基芯片，更有可能成为摩尔定律失效后芯片计算力的突破口！在美国封锁华为和ARM即将被英伟达收购之后，国产半导体遇到了近年来最大的困境，而碳基芯片无疑我们带来一缕曙光！

至于ASML的市场垄断和美国的打压，就会被打破，在芯片领域，不久，我们可大声说：“让芯片“卡脖子”，见鬼去吧！”

中国高端芯片，加油，未来可期！