石墨烯芯片迎来重大突破 等不了光刻机了北大助力华为弯道超车

前言： 去年的这个时期东旭光电就已经和英国曼彻斯特大学（The University of Manchester），简称"曼大"，曼大电子工程系项目团队以及英国IP Group公司共同签署了《股东协议》。共同投资英国RIPTRON LIMITED（目标公司），开展深度合作，致力于悬浮石墨烯传感芯片产品的研发和商业化应用推广，进一步完善公司在石墨烯领域的产业布局，延伸公司在石墨烯业务领域的高端应用。

行业观察者曾指出随着石墨烯产业的发展，跟风炒作时期已经结束，该行业面临深度洗牌，未来对石墨烯企业的要求是"核心技术掌控能力+强大的产品化能力"。

但是石墨烯芯片真的像传闻中的那样非常好用吗，接下来的篇幅这篇文章会揭示石墨烯碳基芯片的秘密。

论点：当石墨烯芯片迎来重大突破，碳基芯片真的能够弯道超车吗？

当今是信息化和数字化时代，"芯片"是一家 科技 企业的灵魂，没有性能强大的芯片做支撑，生产出来的产品就缺乏竞争力。最后，只能被人随便"卡脖子"。只有掌握了上游产业的核心技术，才能够成为 科技 领域真正的领头羊。

近三个月来，作者也是不断的跟踪报道华为麒麟芯片遭美国断供的消息，因为台积电在9月15日之后将在无法为华为提供高端芯片，华为消费者业务CEO余承东也肯定了麒麟芯片或成绝唱的说法。任正非再次表示华为正迎来史上最艰难的时刻。这不，华为因为业绩未达预期，经营收入预期下调，华为赞助了十年的澳大利亚职业橄榄球联赛队伍、堪培拉奇袭队（Raiders），将在今年提前结束。8月31日，华为澳大利亚子公司宣布，受澳大利亚"持续负面的商业环境"影响，公司将提前一年结束对堪培拉奇袭队的主要赞助。去年双方签署的赞助合约原本在2021年赛季结束时才到期。结果提前结束了，今年华为面临的生存环境更加艰险。所以还是芯片，芯片问题。

华为芯片供应链一直是个很沉重的话题。继台积电之后，高通、联发科的成品芯片也被禁令切断了华为芯片的供应问题，刚刚迈进全球前十的国产芯片公司的华为海思，很可能就此夭折。很多人认为摩尔定律已经逼近极限，因为在半导体行业有一个很出名的定律叫摩尔定律，其核心内容是集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过24个月便会增加一倍。简单来说，每隔两年，芯片的性能将会翻番。

如今硅基芯片的缺陷越来越明显，再次把碳基芯片这个话题抛了出来，甚至希望这方面的突破能够弯道超车。

因为全球最先进的芯片制造商台积电在硅基芯片的研发上已经突破到了5nm的工艺，并且在向2nm工艺进发的过程中似乎遇到了瓶颈。我国受制于缺乏高端技术，在没有光刻机等制造设备的同时，许多顶尖科研人员已经开始了进行新材料芯片，即碳基芯片。

碳基芯片不需要光刻机，所以也不会使用光刻胶这点是肯定的。传统芯片制作的过程需要通过抛光、光刻、蚀刻、离子注入等一系列的复杂工艺过程。在这个过程中，涂上光刻胶是必须的，最后在硅圆上制造出数亿的晶体管，最后进行封装测试，芯片制作完成。

碳基芯片则用到的是碳纳米管或石墨烯，制备方法和传统的硅基芯片有本质的差别。主要是通过电弧放电法、激光烧蚀法等方式制成。所以碳基芯片电路不需要用到光刻机。碳基芯片进行的是一场芯片界的革命，不过商业碳基芯片到底何时会出现，对此，中科院的一位教授这样表示，碳纳米管的制造乃至商用，面临最大的问题还是决心，国家的决心，如若国家拿出支持传统集成电路技术的支持力度，加上业界的全力支持，投资者的支持，3-5年商业碳基芯片会出现，10年内碳基芯片则开始进入高端、主流应用市场。如果可以研制成功，这种结构的石墨烯晶体管，将器件延迟的时间缩短了1000倍以上，可以大幅度提升CPU的运算速度，其性能将是普通芯片的10倍以上。

北大助力华为

不久前，北京大学一支碳纳米半导体材料研究团队登上全球顶级学术期刊《自然·电子学》，该课题组研发出一种可"抗辐射"的碳纳米管晶体管和集成电路、可用于航天航空、核工业等有较强辐照的特殊应用场景。今年5月份，北京大学研究团队在制备碳纳米管方面取得了世界先进性成果，有望把芯片制程推进3nm以下！

不过话说回来，这个芯片要想达到商用的地步至少还是上面说的5年。5年后，我们有了先进的自主芯片当然是好事，但是对华为来说要想解决其高端商务机的芯片问题还是要看亚洲的和我国的这几家芯片企业的合作机会。

最后，关于市场上碳基芯片的上市企业有以下这几家公司，如：楚江新材，银龙股份，中科电气，华丽家族等。

中科电气： 16年重大资产重组收购星城石墨，主营为碳素产品和碳基复合材料。

银龙股份： 公司旗下天津聚合碳基研究院专注于碳材料的研究及应用。

根据2017年中国集成电路产业分析，我国在移动通信和计算机领域的国产芯片，占有比例接近为零，就算到了2020年占有率有所上升，但也很低，我国在芯片领域的发展落后，主要原因是因为缺少先进的光刻机，那何为光刻机呢，简单来说，光刻机是制造芯片的核心装备，它的工作原理有点像相片冲印，需要把集成电路的精细图形，通过光线曝光印到硅片上形成芯片，但一台光刻机的造价十分昂贵，通常在三千万至五亿美元之间，光刻机的优劣直接决定了芯片的性能，而世界上只有少数几个国家拥有高端的光刻机，我国于2018年研发的光刻机，光刻分辨率才22纳米，继续完善后也只能达到10纳米，而在芯片领域发达的国家，早就已经在制造7纳米、5纳米的芯片了。

阿斯麦是世界上能生产7纳米芯片的最大半导体供应商，我国中芯国际在2018年就进口了该类型的光刻机，但因为美国的打压，光刻机迟迟未到，中国制造芯片之路仿佛被人扼住了脖颈，没了芯片我国高 科技 的发展将会受到极大的影响，大到航天航空领域，小到人们手上的手机，就比如说华为基于5纳米工艺打造的，麒麟9000芯片可能成为绝版，而缺少芯片带来的恶劣后果，直接影响了我们的日常生活和国家 科技 发展，不过就算是这样，中国也有无数科研人员正在努力，让中国芯片绕开美国的封锁，比如正在研究的光子芯片的技术，让中国就算没有光刻机，也可以制造出高端的芯片，其中有一位年轻有为的青年科研家，他所带领的团队研究的光子芯片，已初有成效，为中国缺芯的局面带来曙光，他就是麻省理工学院毕业的沈亦晨，今天就和大家聊聊沈亦晨其人，以及他又是怎么用光子芯片打破美国封锁，让中国缺芯局面可解的。

沈亦晨出生在浙江杭州，从小便聪明伶俐，对电器十分感兴趣，喜欢将家里的小电器拆了又装，观察里面的构造，而这也得益于他父亲的影响，沈亦晨的父亲是一位电力工程师，当别的孩子都在玩玩具车时，沈亦晨的玩具就是父亲工作时的各种器材设备，当别的孩子在看漫画书时，沈亦晨看的书就是父亲书柜里那些晦涩难懂的电路图，和电力物理书，在父亲的耳濡目染下，沈亦晨对这一行业拥有着强烈的好奇心，他喜欢去学习去 探索 ，读完高中之后，沈亦晨就前往新加坡和美国，在新加坡南洋理工大学和美国霍普金斯大学，攻读物理专业，沈亦晨就像一条游进了宽阔大海的鱼，如鱼得水，他的知识系统迅速被扩展，并且在纳米光子学领域增长了学识，为后来的光子芯片研究，奠定了坚实的专业基础。

在沈亦晨求学之路上，无论是读研还是读博期间，沈亦晨积极参与光学研究，他在《科学》杂志上发表了论文得到了业界的好评，除此之外他还发表过25篇顶级期刊的论文，还拥有着10项美国专利，沈亦晨对光学研究的孜孜不倦，让他得了一个“追光者”的外号，其实关于光学的研究与应用，在数十年间一直有在进行，沈亦晨在研究中也也发现了光子比电子更快，而且耗能也更低，如果能用光子替代电子，那将是史无前例的进步，但是由于光像是一个难以琢磨的孩子，行为难以预测，也就是光具有不可控性，所以关于光学计算的研究就十分具有挑战性，沈亦晨向来就是喜欢挑战的人，他喜欢一个个谜题在自己手中解开的感觉。

在2016年时沈亦晨创立了自己的第一家公司，主要立足于使用太阳能发电和移动电子显示的方向，接着沈亦晨觉得只研究表面无法得到突破，于是他又成立了一家公司 曦智 科技 ，该公司的目标是要生产出光子芯片，这也正式开启了沈亦晨研究光子芯片的道路，沈亦晨和团队在研究中，建立了一个光学神经网络架构技术，在此技术下架构出来的芯片，就是一个可以变成的纳米光子处理器，能够取代传统电子晶体管，改进电子晶体管的性能 延迟 功耗问题，如果这光子芯片能够研发成功，将会带来飞跃性的进步。

不仅是原电子芯片计算能力的一千倍，它的耗能还将低于电子芯片一百倍，可别小看这一百倍的降低耗能，现在 社会 追求的都是一个低耗能，节约一切资源长途发展，光子芯片能使得全球数据服务器的用电量大大减少，而且应用面也会更加广，对增强现实 自动化等领域助益极大，沈亦晨凭借着这个研究，在2017年将学术成果报告发表在了顶级期刊上，业界为之震动，纷纷夸赞，而沈亦晨在当年也拿下了，麻省理工和哈佛大学 科技 创新赛的第一名，2018年沈亦晨刚成立不到两年的曦智 科技 ，就获得了百度和美国半导体企业的投资，金额高达1000万美元，折合人民币6500万。

现在的沈亦晨还在继续研究光子芯片，他在前几年的突破性进展，为现在中国缺芯的僵持局面，撕开了一道裂口，力挽狂澜般辅助我国解决芯片问题，沈亦晨的曦智 科技 目前已经建立了，设备更为先进 功能更为齐全的光学实验室，全力研发光子芯片的相关技术，虽然一时半会儿还不能马上上线光子芯片，但是只要开始永远不晚，正是有像沈亦晨这样优秀的青年人才，有决心有毅力，热爱学术研究，并且能够将理论与实际结合，勇于担当起兴国重任，才让我国现有的芯片技术快速发展，如今我国7纳米GPGPU芯片已经面世，中芯国际也在进军7纳米SOC芯片的研究，相信在未来，我国一定会“芯心满满”。

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