確實(shí)，同水平的碳基芯片的性能要比硅基芯片的性能強(qiáng)不少。據(jù)IBM的研究報(bào)告稱(chēng):同技術(shù)水準(zhǔn)的碳納米管晶體管的性能要比硅晶體管領(lǐng)先15代，而斯坦福大學(xué)的報(bào)告則稱(chēng):如果將碳納米管晶體管設(shè)計(jì)成三維的話(huà)，性能比二維的硅晶體管提升1000倍。不過(guò)，碳基芯片沒(méi)有正是商用之前，理論研究的再好，也不是真的。

據(jù)專(zhuān)家所說(shuō):只要國(guó)家拿出支持傳統(tǒng)集成電路技術(shù)的支持力度，加上產(chǎn)業(yè)界全力支持，3-5年應(yīng)當(dāng)能有商業(yè)碳基芯片出現(xiàn)，10年以?xún)?nèi)碳基芯片開(kāi)始進(jìn)入高端、主流應(yīng)用。

也就是說(shuō)，只要對(duì)碳基芯片的研發(fā)進(jìn)行投資，就有在3-5年商業(yè)化的可能，10年內(nèi)進(jìn)入手機(jī)和電腦中取代現(xiàn)有的硅基CPU。

只不過(guò)據(jù)第一個(gè)碳納米管研制出來(lái)已經(jīng)22年了，碳納米管作為晶體管的研究成果并不是太大。國(guó)內(nèi)于2017年，制造出了由2500個(gè)碳納米管晶體管組成的集成電路，其性能僅相當(dāng)于Inter4004；而在2019年，MIT團(tuán)隊(duì)制造出了由1.4萬(wàn)個(gè)碳納米管晶體管組成的CPU，但是其主頻還不如最早的Inter80386。所以說(shuō)，個(gè)人覺(jué)得，碳納米管晶體管距離商業(yè)化，至少還需要10年的時(shí)間。

而制約碳納米管晶體管邁入商業(yè)化的主要原因就是:提純到99.999999%極為困難，承載電流能力弱，碳納米管難以生長(zhǎng)在特定的位置。

只不過(guò)以現(xiàn)有的技術(shù)要將碳納米管提純到99.999999%是很困難的，因?yàn)樵谥圃焯技{米管時(shí)就需要用到金屬納米管，以至于在分離提純時(shí)難度較大。雖說(shuō)不能提純到99.999999%，但是以現(xiàn)有的技術(shù)，提純到99.99%還是可行的。

硅晶體管每μm可以承載1ma的電流，而現(xiàn)在的碳納米管每μm只能承載6μa的電流。提高碳納米管的承載電流能力也只能縮短溝道長(zhǎng)度和提升密集度了。由MIT團(tuán)隊(duì)研發(fā)的處理器的溝道長(zhǎng)度為1μm，而國(guó)內(nèi)的達(dá)到了3納米。如果說(shuō)，國(guó)內(nèi)和國(guó)外聯(lián)合起來(lái)，估計(jì)碳納米管晶體管邁入商業(yè)化也不會(huì)太久。

只能說(shuō)，隨著科技的發(fā)展，取代硅晶體管的新材料也發(fā)現(xiàn)了不少，最主要研究重點(diǎn)還是碳納米管晶體管。

第一塊集成電路誕生于1958年，由美國(guó)人基爾比發(fā)明。此后，半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)在市場(chǎng)起基礎(chǔ)性作用的環(huán)境下發(fā)展起來(lái)并不斷進(jìn)步，從原材料、半導(dǎo)體設(shè)備、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)，到最終的市場(chǎng)，至今已經(jīng)形成了全球化的分工與合作機(jī)制，且基本上是硅基芯片的天下。從第一塊集成電路誕生至今，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)60余年。硅芯片的歷史有60余年，并且仍在持續(xù)，不是隨便說(shuō)替代就可以替代的。

在嚴(yán)格遵循摩爾定律的前提下，進(jìn)入市場(chǎng)的芯片，最先進(jìn)的到了7nm工藝節(jié)點(diǎn)，之后的5nm、3nm和2nm芯片雖然現(xiàn)在沒(méi)有真正流入市場(chǎng)，但也可在晶圓廠(chǎng)大量生產(chǎn)制造。臺(tái)積電是全球最領(lǐng)先的晶圓代工廠(chǎng)，據(jù)估計(jì)，在理想狀態(tài)下，到2025年，6nm、5nm和3nm工藝將在臺(tái)積電的營(yíng)收中占大部分，而2nm及以下節(jié)點(diǎn)工藝還未開(kāi)始為臺(tái)積電貢獻(xiàn)收入。而且就算是5nm工藝節(jié)點(diǎn)的芯片，在初期主要是靠了華為和蘋(píng)果兩家“土豪”公司的需求來(lái)帶動(dòng)（三星可以自己量產(chǎn)5nm芯片），未來(lái)3nm，甚至2nm及更小節(jié)點(diǎn)的芯片在市場(chǎng)上有多大的需求，其實(shí)說(shuō)不準(zhǔn)。

碳基芯片畢竟停留在實(shí)驗(yàn)室，商業(yè)前景不明朗，至少在未來(lái)5到7年里，或者說(shuō)沒(méi)有龐大的市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)，企業(yè)應(yīng)該沒(méi)有什么動(dòng)力去為碳基芯片的商業(yè)應(yīng)用進(jìn)行大量投入。簡(jiǎn)而言之，沒(méi)有真正引發(fā)全球業(yè)界強(qiáng)烈的共鳴，一個(gè)巴掌拍不響的。

▲2018至2025年，各制程工藝在臺(tái)積電營(yíng)收中的貢獻(xiàn)變化

當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)中的光刻機(jī)、EDA軟件設(shè)計(jì)工具、測(cè)試儀器、生產(chǎn)工藝流程等是否可用于制造碳基芯片?彭練矛院士說(shuō)：“使用率大約能達(dá)到80%~90%，但碳管材料的清洗、刻蝕等步驟需要特殊處理，碳管器件的模型需要單獨(dú)建立。”換言之，當(dāng)硅基芯片在工藝上達(dá)到極限、再也無(wú)法突破，轉(zhuǎn)而投向碳基芯片，那么業(yè)界要推動(dòng)碳基芯片繼續(xù)縮小節(jié)點(diǎn)，還必須要仰賴(lài)其他環(huán)節(jié)。例如光刻機(jī)，光刻機(jī)在硅基半導(dǎo)體晶圓制造成本中可是占到大約一半。

一方面，中國(guó)（包括政府、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)等在內(nèi)）圍繞硅基芯片總計(jì)投入的人力、物力和財(cái)力非常之大，涉及原材料、半導(dǎo)體機(jī)臺(tái)設(shè)備、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、封裝測(cè)試等幾乎所有環(huán)節(jié)，從國(guó)家層面考慮，目的不外乎是盡可能縮小與國(guó)際領(lǐng)先之間的差距，同時(shí)為培育出大量本土人才創(chuàng)造條件。中國(guó)在集成電路領(lǐng)域投入如此之大，尚沒(méi)有好好消化、完全吃透，實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的回報(bào)。但另一方面，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在原材料、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備、軟件設(shè)計(jì)工具等環(huán)節(jié)相對(duì)滯后也是事實(shí)，而且高度依賴(lài)國(guó)外廠(chǎng)商。最致命的還是，高端專(zhuān)業(yè)人才稀缺，仍需大量引進(jìn)。在此情況下，就算中國(guó)本土半導(dǎo)體上中下游企業(yè)肯齊心協(xié)力轉(zhuǎn)向碳基芯片，希望搶先國(guó)外一步實(shí)現(xiàn)所謂的“彎道超車(chē)”，也不能不考慮各種可能的風(fēng)險(xiǎn)。例如，華為與臺(tái)積電本來(lái)合作得非常愉快，但美國(guó)企圖徹底阻止臺(tái)積電為華為代工芯片。

況且，彭練矛院士自己也說(shuō)：“現(xiàn)代芯片制備有上千個(gè)步驟，其中一步做不好，就沒(méi)有好的產(chǎn)品。最后是一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化的問(wèn)題，材料、器件、芯片設(shè)計(jì)等密不可分�！�

另外，彭練矛教授還說(shuō)過(guò)：“碳納米管的制造乃至商用，面臨最大的問(wèn)題還是決心，國(guó)家的決心。若國(guó)家拿出支持傳統(tǒng)集成電路技術(shù)的支持力度，加上產(chǎn)業(yè)界全力支持，3-5年應(yīng)當(dāng)能有商業(yè)碳基芯片出現(xiàn)，10年以?xún)?nèi)碳基芯片開(kāi)始進(jìn)入高端、主流應(yīng)用。”

根據(jù)已公開(kāi)的信息（碳基的一些優(yōu)勢(shì)在此省去不說(shuō)了），碳基芯片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的方向之一，但不能確定就是技術(shù)發(fā)展的唯一必然方向。不過(guò)，業(yè)界確實(shí)可以從最簡(jiǎn)單的商業(yè)應(yīng)用開(kāi)始嘗試做起，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低端到高端，從小范圍到大范圍，從專(zhuān)業(yè)特定領(lǐng)域到全范圍推廣。

從當(dāng)前的情況來(lái)看，估計(jì)量產(chǎn)至少是3-5年，并且水平應(yīng)該還是類(lèi)似于硅基芯片的28nm水平。

一、碳基芯片的發(fā)展和進(jìn)度

碳基芯片其實(shí)已經(jīng)研發(fā)了20多年了，1991年就發(fā)現(xiàn)了碳晶體管。但只是理論上的，所以這20多年以來(lái)，科學(xué)界一直在研究制備、提純、排列碳納米管的方法。

而前段時(shí)間北大團(tuán)隊(duì)的新成果，是突破了半導(dǎo)體碳納米管關(guān)鍵的材料瓶頸，使其制備出的器件和電路在真實(shí)電子學(xué)表現(xiàn)上首次超過(guò)了硅基產(chǎn)品，這是什么意思呢，是指可以讓碳基芯片有了開(kāi)始談?wù)撘?guī)模產(chǎn)業(yè)化了的基礎(chǔ)了。

如果說(shuō)原來(lái)更多的是理論研究，但從現(xiàn)在開(kāi)始，可以考慮實(shí)用化的量產(chǎn)了，可以走向工廠(chǎng)的生產(chǎn)間了，這就是這次北大團(tuán)隊(duì)研究的有意義的成果。

二、和硅基芯片對(duì)比情況

但有了這個(gè)基礎(chǔ)之后，走向量產(chǎn)會(huì)要多久？其實(shí)這次北大團(tuán)隊(duì)也說(shuō)了，下一步的目標(biāo)是在2-3年內(nèi)完成90納米碳基CMOS先導(dǎo)工藝開(kāi)發(fā)。而90nm的碳基芯片，在性能上相當(dāng)于28納米硅基器件。

從這個(gè)情況來(lái)看，要2-3年才能夠完成工藝的開(kāi)發(fā)，至于投入到量產(chǎn)，那還得更晚，所以3-5年起應(yīng)該是至少的。

另外大家還要注意的是，3-5年能夠量產(chǎn)的還是90nm的碳基芯片，相當(dāng)于28nm的硅基芯片，和現(xiàn)在的硅基芯片相比，已經(jīng)是落后5年以上的技術(shù)了，要是再過(guò)5年量產(chǎn)，相當(dāng)于落后現(xiàn)在的芯片技術(shù)10年。

所以短時(shí)間之內(nèi)，想通過(guò)碳基芯片實(shí)現(xiàn)中國(guó)芯的換道超車(chē)，不太現(xiàn)實(shí)，怎么說(shuō)也得10年后吧，路還很漫長(zhǎng)，別想著能夠急功近利。

事實(shí)上，同樣水平的碳基芯片的性能要比硅基芯片好得多。根據(jù)國(guó)際商用機(jī)器公司的一份研究報(bào)告，個(gè)技術(shù)水平相同的碳納米管晶體管的性能比硅晶體管領(lǐng)先15代，而斯坦福大學(xué)的一份報(bào)告稱(chēng)，如果：個(gè)碳納米管晶體管是三維設(shè)計(jì)的，它們的性能將比二維硅晶體管高出1000倍。然而，碳基芯片在商業(yè)化之前不如理論研究那么好，而且它們也不是真的。

據(jù)專(zhuān)家介紹，只要國(guó)家對(duì)傳統(tǒng)集成電路技術(shù)給予支持，行業(yè)給予全力支持，3-5年內(nèi)將有：個(gè)商用碳基芯片問(wèn)世。十年內(nèi)，碳基芯片將開(kāi)始(651，191)高端和主流應(yīng)用。

換句話(huà)說(shuō)，只要對(duì)碳基芯片的研發(fā)進(jìn)行投資，就有可能在3-5年內(nèi)將其商業(yè)化，并在10年內(nèi)取代手機(jī)和電腦中現(xiàn)有的硅基中央處理器進(jìn)入。

然而，自第一個(gè)碳納米管問(wèn)世以來(lái)已經(jīng)有22年了，而碳納米管作為晶體管的研究成果并不算太大。2017年，由2500個(gè)碳納米管晶體管組成的集成電路在中國(guó)制造，其性能僅相當(dāng)于Inter4004。在2020年，麻省理工團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)了一個(gè)由14000個(gè)碳納米管晶體管組成的中央處理器，但是它的主頻率沒(méi)有最早的80386年間好。因此，我個(gè)人認(rèn)為碳納米管晶體管商業(yè)化至少需要10年時(shí)間。

然而，制約碳納米管晶體管商業(yè)化的主要原因是：難以提純到99.999999%，載流能力弱，碳納米管難以在特定地點(diǎn)生長(zhǎng)。

然而，用現(xiàn)有技術(shù)很難將碳納米管純化到99.999999%，因?yàn)樵谔技{米管，的制造中需要金屬納米管，這使得分離和純化更加困難。雖然不能提純到99.999999%，但用現(xiàn)有技術(shù)提純到99.99%還是可行的。

硅晶體管每微米可以傳輸1ma的電流，而電流碳納米管每m只能傳輸6a的電流。提高碳納米管的載流能力只能縮短溝道長(zhǎng)度和增加密度。麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的處理器的通道長(zhǎng)度為1m，而國(guó)產(chǎn)處理器的通道長(zhǎng)度達(dá)到3 nm。如果國(guó)內(nèi)外都團(tuán)結(jié)起來(lái)，估計(jì)碳納米管晶體管不久就會(huì)商業(yè)化。

只能說(shuō)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多新材料來(lái)代替硅晶體管。最重要的研究重點(diǎn)是碳納米管晶體管。

天佑中國(guó)！也就是說(shuō)在2025年才能投入應(yīng)用，如果發(fā)展碳基芯片列入國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃，以北大華為牽頭，國(guó)家鼎力支持，再搞一次“兩彈一星”全國(guó)大協(xié)作，今天中國(guó)已不是上世紀(jì)五六十年代的中國(guó)，現(xiàn)在是要人有人要錢(qián)有錢(qián)要技術(shù)有技術(shù)，尤其是不缺錢(qián)，國(guó)家只要發(fā)出號(hào)召，十四億中國(guó)人民肯定會(huì)像當(dāng)年“支援打老蔣”一樣支援國(guó)家。只要有全國(guó)人民團(tuán)結(jié)一心眾志成城，兩年或三年一定有成果。促成中國(guó)科技發(fā)展跨入一個(gè)革命的新階段，碳基芯片必將助我中國(guó)全面躍進(jìn)，來(lái)的早不如來(lái)的巧。不就是一千多天嗎？中國(guó)的前進(jìn)步伐沒(méi)有任何國(guó)家能阻擋！！

我覺(jué)得要看決策者的決心了，一項(xiàng)新的科技成果如果快速轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，是靠錢(qián)堆出來(lái)的。

年底吧，只要窗戶(hù)紙捅破了，剩下的就簡(jiǎn)單了[大笑][大笑][大笑]

雖然不是搞電子科技的，但感覺(jué)碳基芯片這個(gè)概念，就是在瞎吹，和前一段時(shí)間的3D打印，量子通訊都是一類(lèi)的，都是瞎扯淡，科技哪能那么容易突破，被吹的神乎其神的東西，最后都是一地垃圾，科技史上也有很多這種例子

第一代硅基芯片誕生在上世紀(jì)五十年代，第一代碳基芯片誕生在10年左右，到現(xiàn)在10年走了一代，比硅基芯片走得要慢很多，可能有所突破，接下來(lái)走得比較快。可見(jiàn)碳基芯片比硅基芯片要難，我覺(jué)得要真正商用起來(lái)，還要幾年時(shí)間。雖然碳基芯片我們起步比別人晚，但是我們發(fā)展比別人快，我相信會(huì)跟5G一樣，我們發(fā)展比別人好。