什么是碳基芯片？“碳基芯片”会取代硅基芯片吗？

碳基芯片一般来说就是以碳基材料制作的碳纳米晶体管芯片。相比于传统的硅材料芯片，碳材料的电子特性似乎更加优越，而且随着硅材料芯片的极限制程即将面临瓶颈，在材料、技术和设计等方面都会出现物理限制，制造微小芯片的工艺难度也会增大，想要更加深入发展和研发芯片，寻找新的材料似乎已经是必需的，这时候特性优越的碳基材料会是一种非常不错的选择。关于碳基芯片的消息也一直广为流传，也被很多人认为以后很可能会取代硅芯片，就让我们拭目以待吧。尽管最近这些年我国的科技发展水平已经得到很大提高，特别是在半导体行业中取得了不少进步和突破，不过距离欧美发达国家仍然有不小差距，特别是在半导体领域，一些关键的核心领先技术依然掌握在欧美国家手中，这对于我们来说，发展半导体技术任重而道远。美国之所以能够对华为的不断打压限制，就是因为他们站在技术高点，这对于我们的科技发展造成了很大的阻碍，想要完成突破和封锁就只能迎难而上。如今我国的半导体制造行业正面临着被“卡脖子”的状况，我国在半导体材料、设计到生产的这一全产业链中缺乏核心技术以及较好的研发能力，很长时间以来都只能购买欧美的芯片。虽然这些年来我们已经很努力地去追赶，但是国内的半导体设计和制造工艺还未能达到先进水平，只能去买别人的东西，而且连最先进的光刻机我们想买都买不到。这样受制于人的情况，长期下去对我们是很不利的，别人一旦封锁和限制，我们就会举步维艰，就会阻碍我国实现现代化进程，提升自研芯片的技术水平势在必行。如今随着我国科学家在碳基芯片领域的不断摸索，已经是取得了一定的进展和突破，而且据说碳基芯片的性能会比硅基芯片性能要更加突出，这对于陷入困难局面的我国芯片行业来说是个好消息，如果能够在碳基领域得到发展和领先，或许可以对欧美半导体技术实现弯道超车，摆脱对于别人的技术依赖。不过想要用碳基芯片取代硅基芯片也还没有那么容易，虽然现在能够在实验室中制造出碳晶体管，但是想要拼接组合形成芯片量产还需要做大量的研制，将碳晶体管排布在晶圆片同样需要高精尖的技术才行，很多技术障碍仍然需要去攻克，因此想要完成商业化量产，还需要更多耐心和努力。不过相信我们的科学家，一定可以在未来完成更多的突破。

前段时间，美哈佛大学出了一份报告，表示我国在多个尖端技术领域已经取得巨大进步。尤其是在5G、人工智能、量子计算等已取得全球领先，并开始占主导地位。

国内有专家说得很好，就是近十年来，我们跟美同时起步的技术，我们都能做到领先。现在某些方面落后的，大都是人家起步早的领域，像现在有差距的半导体方面。

不过，哈佛报告还预测，我国将成为全球成熟技术节点上最大的半导体生产国，并且未来十年我国将在半导体等核心技术上实现领先。果不其然，好消息很快传来。

第一，浙大超导量子芯片取得突破成果。 量子技术是未来 科技 竞争的一大重点，目前各国都在大力投入研发，可以说是已经展开竞赛，都希望在量子领域中占先机。

从之前的相关报道，我们也都可以看到量子计算机的优势已经非常明显，尤其是在计算速度方面更是快到惊人。而要实现稳定的量子计算机，量子芯片是其中的关键。

近日，我国在量子芯片方面又取得了突破，浙江大学发布了两款超导量子芯片。

其中，“莫干1号”采用全连通架构，包含32个超导量子比特，是目前超导量子芯片中比特数目最多的，主要是针对量子态的精确调控，以及多体物理的量子模拟。

“天目1号”芯片面向通用量子计算，采用了较易扩展的近邻连通架构，平均退相干时间为50微秒，处于世界前列。相比于“莫干1号”具备更高的编程灵活度。

浙大公布的两款量子芯片成果，充分证明我国在这方面已处于世界第一梯队水平。

第二，纯国产龙芯服务器芯片研发成功。 一直以来，在CPU上我们主要依赖国外，不管是日常工作生活用的电脑，还是服务器领域，CPU基本被英特尔和AMD垄断。

然而，随着国内对数据保密等方面的要求越来越高，对国产CPU的需求就越来越大。尤其是纯国产CPU更加期待，在这方面做得最好的就是中科院旗下龙芯中科。

在龙芯CPU首席科学家胡伟武的带领下，已推出了自主研发的三代龙芯国产CPU。

前段时间，龙芯3A5000系列通用CPU正式亮相，性能达到国际主流CPU水准。近日，中科院再次公布，面向服务器领域的纯国产CPU龙芯3C5000已经研发成功。

这款芯片有两个重要特点：其一是采用了自主架构LoongArch指令集，从内到外全纯国产设计，不再担心国外架构授权限制，之前都是使用国外X86或ARM架构。

其二是芯片性能很强大，综合性能表现不落后目前市场的主流服务器CPU，内部集成16个高性能的龙芯LA464处理器核。应用后，将大大提高我们数据的安全性。

第三，碳基芯片关键工艺课题通过验收 。 我们现在的芯片是硅基芯片，现在5nm正在量产，3nm预计明年下半年实现量产，接下来再往下发展就是2nm、1nm。

然而，由于硅基芯片技术由于受加工技术、器件物理极限等方面限制，已经接受物理极限，且成本高到已经不合适。因此，就需要寻找更加合适的下一代替代产品。

碳基芯片具有加工温度低、工作速度快、功耗低等优势，最有可能成为后摩尔时代集成电路的颠覆性技术之一。在这方面，我国也早就开始研发，并且还非常领先。

近日，好消息传来，多个部门组成的验收组，对“90 纳米碳基集成电路关键工艺研究”课题进行评审，在听取汇报、查看资料和样品实物后，一致通过了该课题研究。

并且，碳基芯片90 纳米工艺先导线正在建设中。别小看这个90纳米，根据研究成果估算，90纳米碳基芯片性能相当于28纳米硅基芯片，60纳米就相当于10纳米。

重点是，这个碳基芯片可以不用EUV光刻机，国产光刻机就可以。并且该课题开展过程，在 90 纳米材料制备、关键工艺及器件性能、应用 探索 等均取得了可喜成果，并且都处于世界领先水平。这次验收通过，表示碳基芯片距离商用又近了一大步。

以上的三个国产芯片突破，龙芯很快就可以应用，碳基芯片和量子芯片是在为未来打基础，这两种芯片将为我国未来芯片行业领先、不受限制奠定一个坚实的基础。

近日，我国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军，就芯片发展发表意见。

他表示，我国已经成为全球最为完整的芯片产品体系之一，不仅在中低端芯片领域具备较强的竞争力，在高端芯片领域也摆脱了全面依赖国外产品的被动局面。

魏少军所说的高端芯片不再全面依赖国外情况非常振奋人心，不过他主要是侧重设计方面，高端芯片设计的确已经达到全球领先，但在制造方面我们还有不小差距。

不过，从近期国内芯片行业的不断突破来看，我们在进步，问题终究会解决。

---