開頭

造個小小的晶片，真的有那麼難？

現如今，中國天宮空間站都上天了，第三艘航母福建艦也已經下水，這些不都是高科技技術嘛，這裡面的晶片不就是國產的？

同學，這話說得確實沒錯！

在軍事、航空航天等涉及到國家安全的領域，國產晶片確實可以實現自給自足，但是有一說一，航天晶片跟手機晶片完全不是一回事，我們被美國卡脖子卡的是後者。

那麼手機晶片製造究竟有多難？中國有沒有彎道超車的可能？

手機晶片

就拿華為麒麟990 5G晶片舉個例子。

根據測量，麒麟990 5G晶片的面積為113。31平方毫米，這麼小的地方，大家猜猜集成了多少個電晶體？

答案是103億個電晶體，而這還僅僅是7nm工藝。

如今5nm， 2nm晶片都已經橫空出世，別看數字變化不大，但是裡面的電晶體數量那可是翻了好幾倍呢。

根據相關材料來看， 2nm晶片每平方毫米可容納3。33億個電晶體，在指甲大小的晶片上一共容納了500 億個電晶體。

人類之所以能研製出越來越小的晶片，主要源於不斷精進的紫外線波長，而這背後靠的其實是一款特別牛的裝置，那就是荷蘭阿斯麥的光刻機。

它家的光刻機主要有兩種，DUV（深紫外線）和EUV（極紫外線）。

DUV的光源波長有193nm，而最先進的EUV的光源波長為13。5nm，換句話說就是波長越短，雕刻出來的電路越精細，晶片的製程也就越短。

因此DUV只能用於製造7nm及以上製程的晶片，EUV則可以用於5nm及以下先進製程。

而且更重要的是，EUV光刻機是全球化的產物，有超過10萬個零部件，並且涉及到5000多個供應商！其中光源裝置來自美國、鏡頭來自德國蔡司，光學技術由日本提供。

目前全世界能生產5奈米晶片的只有三星與臺積電，但三星生產的晶片，良品率一直是個問題，真正能穩定生產的只有臺積電一家。

由於大家都懂的原因，中國目前買不到先進的光刻機，顯然就造不出先進的晶片。

所以擺在我們面前只有兩條路，一條就是舉全國之力研發光刻機，另外一條就是另闢蹊徑，研究新的材料。

先來說說光刻機的國產化方面，上海微電子的“28nm光刻機”據說已研製成功，但目前還沒有落地的訊息。

別人光刻機都5nm了 ，國產才28nm？這技術也相差太大了吧。

雖然差距大，但在實際運用中，28nm製程的晶片，已經可以滿足現在絕大部分工業上的需求，再往下精度的晶片，對普通民眾來說實際上已經效能過剩。

同時在材料方面，我們也有很大的突破，獨創使用碳奈米管來代替電晶體，可以不用先進的光刻機就可以生產出碳基晶片。

碳基晶片

碳奈米管，碳基晶片？ 這些是什麼東西？

所謂碳奈米管，這是一種1991年被發現的新型材料，由呈六邊形排列的碳原子構成的單層或者多層圓管。

而第一個碳奈米管電晶體，是在1998年由美國和荷蘭科學家制備出來的。

與傳統的矽基電晶體相比，碳基電晶體具有成本低、功耗小、效率高的顯著優勢。

理論上來說，碳電晶體的極限執行速度是矽電晶體的5-10倍，而功耗方面卻只是後者的十分之一。

也就是說碳奈米管的效能賊強，耗電賊慢，而碳基晶片就是使用這種材料做成的晶片。

那麼中國的碳基晶片發展到了什麼水平了？

在2006年之前，我國科學家在這個領域的貢獻基本是零，但到2017年情況就發生了變化。

2017年，北京大學電子系教授彭練矛課題組就實現了用碳奈米管研製出了電晶體，準確的說是5nm柵極碳奈米管CMOS器件，這也是中國第一次掌握了世界最先進的電晶體技術。

這種器件產生的效果也是不錯的，其工作速度相當於英特爾最先進的14奈米商用矽材料電晶體的3倍，能耗僅佔1/4。

2020年，彭練矛課題組又取得重大突破，在之前的基礎上首次實現效能超越同等柵長矽基 CMOS 技術的電晶體和電路。

其電路頻率超過了8GHz，比之前世界上最好的、由IBM團隊於2017年創造的280MHz的頻率提升了幾十倍，這無疑是個巨大的利好訊息。

雖然目前最複雜的碳奈米管晶片的整合度只有幾萬個電晶體，與矽基晶片的上百億個電晶體相比有天壤之別。

但從目前已掌握的技術來看，一旦技術成熟，碳基晶片將有望把積體電路技術推進到3奈米以下，效能將超越矽基晶片10倍以上。

不過現在北大團隊的成果還只是在實驗中，離量產還有很長的路要走，但是這已經為我們在晶片產業上的突破提供了一種可能性。

要知道碳基晶片的晶圓生產工藝，跟之前的矽基是完全不一樣的。

因此對光刻機的精度要求也就沒有這麼高，甚至對光刻機的工藝要求也不一樣，所以可以繞開國外的EUV光刻機，使用國產光刻機也完全應付的來。

感悟

一直以來，英特爾和臺積電等晶圓廠商，都使用矽基技術來生產晶片。但由於摩爾定律的日漸式微，當下的矽基晶片技術，即將碰觸極限。

那對於我們來說該怎麼辦？

每當我們想創新的時候，美國人總是告訴我們：我這裡的晶片都是最先進的，你們還費那個勁幹什麼？現在全球經濟一體化，都在強調全球產業鏈的分工合作，中國沒必要做晶片研發。

所以一直以來，中國從國外進口晶片的數目一直驚人。

2021年我們進口的晶片總數為6354。8億顆，平均每天進口17億顆，買這些晶片花了27934。8億元。

這是什麼概念呢？

如果按照14億人來算的話，平均每位國人要花2000元。

再說個數據吧，2021年我國進口商品總額大概是17萬億，晶片進口額就佔進口總額的16%，也就是說每進口6塊錢的商品中，就有1塊錢是晶片。

這說明中國的晶片生產能力嚴重不足，很容易被卡脖子。

要想在晶片上面取得領先，矽基晶片上面的可能性無限趨於零，一個EUV光刻機就把我們卡的死死的。

而想要打破這種局面，碳基技術無疑是換了一個新的賽道。

很多人會覺得中國晶片技術的底子薄弱，跟國外差距太大，這就相當於是倒數第一的學生再怎麼學習，也很難排到班級前幾名吧。

但世事沒有絕對的，如果回顧中國復興之路就會發現，我們經歷過太多原本不可能的事情，一次次實現不可能的奇蹟。

從上個世紀的原子彈問世、氫彈的成功研製，再到抗美援朝打敗不可一世的美國聯軍，最後再到如今國產大飛機C919成功試飛，003航母福建艦成功下水等等。

誰說我們造不出原子彈？誰說我們造不出航母？這不都啪啪啪打臉不是。

所以如今中國的發展可能超乎大家的想象，沒有什麼不可能完成的，碳基晶片的發展也是如此。

偉人曾經說過，星星之火可以燎原，而碳基晶片就是這樣的一個小火苗，未來一定會有那麼一天，使中國能夠重回世界之巔！