中美大对决，碳基芯片VS硅基芯片，中国能否直道超车？

目前，在美国的打压下， 中国芯片产业遭遇了困局，相比于弯道超车，很多中国科学家却认为这是换道超车的好时机。

目前，全球处于美国开创的硅基芯片时代，随着集成电路的发展，计算机一直受到摩尔定律的支配，理论研究表明，当芯片制程达到1nm的时候，量子隧穿效应会十分明显，就是电子不受控制，其实在进入7nm节点后，这个现象就越来越明显了，电子从一个晶体管跑向另一个晶体管而不受控制，晶体管就丧失了原来的作用。

所以这是人们很担心的问题，1nm后怎么办？目前科学家提出了许多的方案来替代碳基芯片，其中就包括中国提出了的碳基芯片方案。

碳基纳米材料在2009年就作为未来技术选项列入国际半导体技术发展路线图（ITRS），美国IBM公司仿真结果认为平面结构碳管阵列晶体管领先硅基五个技术节点，但是欧美企业一直无法突破碳基芯片的瓶颈。那就是碳纳米管由于内部充满杂质，将会失去原本具有运行速度快的优势，同时还增加晶体管的功耗，相较传统的硅材料彻底失去竞争力。具体而言，要实现大规模高性能集成电路，碳纳米管必须具备超高半导体纯度、顺排、高密度、大面积均匀。

北京大学张志勇-彭练矛课题组花费了10年时间，研发了一整套高性能碳纳米管晶体管的无掺杂制备方法，突破碳基N型MOS管制备的难题。制备出的器件和电路在真实电子学表现上首次超过了硅基产品。相关成果发表在世界顶级学术期刊《科学》（ Science ）上。

彭练矛教授制造的碳纳米管打造的晶体管，速度为同尺寸英特尔商用硅基晶体管的3倍，能耗只有硅基晶体管的25%，同时工艺步骤减少一半。也就是90纳米碳基CMOS，性能上相当于28纳米硅基器件。

也就是说只要中国研制出28nm的碳基芯片，性能就可以直追上7nm的硅基芯片，这样就可以绕开光刻机的问题，因为中国目前可以制造出第四代浸没式光刻机，工艺理论极限在7nm，如果中国利用浸没式光刻机制造出7nm的碳基芯片，性能上将与2nm的硅基芯片持平，这样美国对中国的技术限制将彻底打破，依靠中国目前的芯片产业，完全可以自产自研。

张志勇教授宣称，这次在碳管材料上取得的进展，至少可以在国际上保持两年优势。而彭练矛教授则表示，“我们在碳基集成电路这条路上走了20年，还没有看到什么令我们觉得走不下去的障碍。”。

从永久续航到无需电池 三绝技加身的蓝牙芯片将实现这一愿景

集微网报道 功耗、功耗还是功耗！ 在IoT设备数量大爆发的背后，是全球每年消耗的数十亿计的电池。这对环境的影响和污染是巨大的。现在，一家芯片公司希望用自己的创新技术来改变这个现状，使得电子产品能实现永久续航，甚至在将来实现无需电池。 这家名为Atmo

一旦中国的碳基芯片方案真的可以取代美国的硅基芯片，影响还不止于此，新材料将通过全新物理机制实现全新的逻辑、存储及互联概念和器件，那么到时候，芯片设计厂商、芯片设备厂商、晶圆加工厂商原有的垄断格局将彻底打破，所有的技术积累都将全部清零，主导国家将会获得新一代技术控制权。

当然，中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，但是起码中国这次拿到了入场券，可以和其他国家一起同台竞技，不再和上一次一样，连当观众的资格都没有。

目前，彭练矛教授课题组首次实现了5 nm栅长的高性能碳管晶体管，性能超越目前最好的硅基晶体管，接近量子力学原理决定的物理极限，有望将CMOS技术推进至3 nm以下技术节点。

彭练矛教授接下来的目标要用碳基芯片完全替代目前的硅基芯片，应用在计算机、手机等主流电子设备的CPU（中央处理器）上。

为了实现碳基芯片的量产，目前彭练矛教授决定首先从硅基芯片未涉足的应用或应用较少的领域出发，用碳芯片独有的技术优势制备产品，抢占诸如透明和柔性电子学、生物电子学等细分市场。 在实现这些细分市场的产品商业化之后，再在市场支持和技术进步下，将碳芯片推向成熟、主流市场，最终实现全面市场化的宏伟目标。

碳基芯片技术的突破，将为整个中国的芯片领域发展带来新的希望，为中国芯片突破西方封锁、开启自主创新时代开辟一条崭新的道路。