什么是碳基芯片？真的能助力华为和中芯国际，实现弯道超车吗？

碳基芯片：华为和中芯国际弯道超车指日可待？

按照材质来分类，主流市场上使用的芯片基本都是硅基芯片，如果出现什么意外的话，那就是工程师们用于实验的新产品。硅基芯片从上个世纪60年代使用至今，即使中间出现了几次危机也都安然解决了。

但这并不意味着硅基芯片以后就不会再出现问题，相反，以后的出现的问题将更难解决。这是一个材料极限的问题，就像饭量一样，多吃一碗会撑，多吃10碗会撑死，硅基芯片现在就处于撑与撑死之间的状态中。

于是科学家们瞄准了一种新的材料，这种材料制造出的芯片被称为碳基芯片，它的卓越性能使得国际上许多超级团队都在研究这类材料，再加上一些国内外的传闻，不少媒体甚至认为华为和中芯国际将会凭借碳基芯片弯道超车。

性能超标：碳基芯片何以被媒体如此倚重？

碳基芯片由碳基晶圆打造而来，碳基晶圆的基础则是一种被称为石墨烯的半导体材料，无论是散热还是运转速度，利用它打造出来的芯片，其性能千倍万倍于同一工艺制程的硅基芯片，由此被世界各国所重视。

此前有文章提到，56nm的碳基芯片就能媲美14nm的硅基芯片，28nm的碳基芯片就能媲美当前市场上麒麟9000、骁龙888等一类5nm芯片，然而事实却是，世界上尚没有一家公司能够造出以上的碳基芯片。

没有了实体芯片支持，以上的数据自然就成了一些推测或者超前的计算，关于凭借碳基芯片弯道超车，追上台积电和三星的传闻，中芯国际在互动平台上表示：公司从未涉及到石墨烯晶圆领域。

我国造出8英寸碳基晶圆，转机出现？

尽管没有芯片造出来，可是早在2020年10月的时候，中科院确实展示了一批8英寸的石墨烯晶圆。这一项发明不敢说世界唯一，但绝对是站在了最顶尖的行列，引起了我国乃至世界半导体领域极大的轰动。

碳基晶圆问世，性能十倍于硅基晶圆，代工成芯片后，其优势还将被无限放大。于是不少文章表示，华为芯片出现转机，中芯国际赶超台积电全部也是指日可待。确实未来可期，然而这日子恐怕会很长。

一方面世界各国对于石墨烯的研究，还没有到达让碳基晶圆批量生产，满足各大企业需求的地步；另一方面就算晶圆能够批量生产，与碳基芯片配套的生产设备，诸如光刻机、蚀刻机在内的，世界上还没有一家企业能够生产。

碳基芯片确实是替代硅基芯片的最佳选择

随着晶体管数量成倍增加，硅基芯片材料极限到来，摩尔定律失效，半导体领域正逐步过渡到一个后摩尔定律时代，碳基芯片成了领域内公认的最佳替代材料，不少企业也在全力研究与之相关的产品。

然而作为一种全新的材料，并不是谁都有实力在上面得到一些成果，发展速度也就变得缓慢了下来。按照台积电和三星的计划，他们仍然打算进行3nm、2nm的芯片代工，1nm工艺制程也在企业的考虑之内。

如果说硅基芯片到了1nm工艺制程就面临极点，那么至少也得等到五六年之后了，何况硅基芯片并没有到不能用的地步，所以说华为和中芯国际凭借碳基芯片弯道超车，除非是整个行业都确认更换碳基芯片的时候。

碳基芯片什么时候问世，与此配套的产业链什么时候成型，都是我们需要考虑的问题。不过既然中科院已经遥遥领先，未来面对国外各种不友好的时候，我们还有什么需要担心的呢？

碳基芯片真的能够弯道超车吗？华为任正非一语中的

最近关于华为芯片供应链的话题一直都很沉重。在继续让台积电、中芯国际定制生产基本无望的情况下，本来寄希望于采购高通、联发科的成品芯片来维持业务，却让美国的一则修正版禁令让华为陷入了彻底“断芯”的危机，刚刚成为首个闯进全球前十的国产芯片公司的华为海思，很可能就此“夭折”，解决芯片领域“卡脖子”的难题，从来没有现在这么迫切过。

但我们知道，这个难题的解决非一日之功。最近网络上除了替华为鸣不平，就是在给华为出谋划策，为我国自主芯片的长远发展出主意。但除了老老实实做自力更生的努力，笔者确实没有看到，华为芯片供应链在短期内有什么好的解决方案。有很多人认为摩尔定律已经逼近极限，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，快速化解我们芯片领域面临的“卡脖子”问题。

今年5月下旬，美国刚刚宣布针对华为芯片的最新禁令，《科学》杂志上一篇题为《用于高性能电子学的高密度半导体碳纳米管平行阵列》的论文就引起了强烈关注，这也让北大张志勇教授和彭练矛教授课题组的最新研究成果被曝光。他们在高密度高纯半导体阵列碳纳米管材料的基础上，首次实现了性能超越同等栅长硅基CMOS技术的晶体管和电路，被认为是奠定了我国在碳基电子元器件领域的领先优势，并可能成为国产芯片的一个重要突破口。

确实，我国在芯片领域频频被“卡脖子”，主要是我们缺少核心技术，无法主导其中任何一个关键环节。如果能够扬长避短，从碳基材料开始，突破当前的主流半导体技术，不但可以对芯片领域的发展产生深远影响，也将让我们的自主芯片技术迈出一大步，从局部开始突破美国的芯片封锁。

但是，且不说现在提碳基芯片的大规模应用还为时过早，而且，这仅仅只是芯片供应链中材料这一个关键环节，即便成功，离整个供应链的弯道超车还是有很大的距离。华为的这次芯片危机，台积电、中芯国际等代工厂都不能给华为生产芯片了，表面上看似乎是卡在了制造环节，但实际上华为除了在芯片设计上有了积累和突破，我们在芯片供应链的其他多个环节，仍然有着难以跨越的差距。

芯片生产从大的方面可区分为设计、制造、封测等主要环节，在每个环节我们的弱点都很明显。设计有关的EDA工具软件主要是美国的；主流的移动芯片架构技术掌握在ARM手中，如果英伟达收购谈判顺利，则也很可能就要转移到美国公司手中了；而制造就更加复杂，除了我们耿耿于怀的光刻机，还有原材料和制造工艺等诸多难点；至于我们做得比较好的封装测试，多项设备依然无法自力更生。进一步讲，即便是我们真的有机会掌握整个供应链的各项技术，但其中需要的多种精密仪器和设备，目前都掌握在美日韩或者欧洲手中，短时间内要实现突破基本是不可能的。

因为，这其中很多高精尖的技术和设备，往往融合了数学、物理学、化学等多类基础科学的研究成果，这正是我们的短板和弱项 。对此，华为任正非早已有清醒的认识，并一语中的。任正非曾多次强调基础科学和基础研究的重要性，他认为必须重视基础教育，特别是农村的基础教育，有了基础教育，才会有基础研究；有了基础研究，才会有基础理论；有了基础理论，我们才有突破的可能性，否则就不可能领先。

但是，一个基础理论的形成往往需要数十年的时间，“如果大家都不去认真做理论，都去喊口号，几十年以后我们不会更加强大”，又何谈弯道超车呢 ？前不久，半年多来都没有怎么抛头露面的任正非先生再次高调出场，带队访问了上海交大、复旦大学、东南大学和南京大学四所高校，其目的就是要推进科研创新和人才培养、促进产学研相结合。任正非再次表示，希望华为能助力大学的老师做深入的研究，这正是华为多年来一直不遗余力投入基础研究的重要原因。

在芯片领域我们既然薄弱，经常被“卡脖子”，就必须迎头赶上。全面突破很难，但我们不得不做，不得不多方位布局，尤其是基础科学和基础研究更不能丢，人才的培养和科研环境的改善一定要着眼于长远。华为遭受这么严厉的打压，仍然还在不断加大在基础科学研究上的投入，我们更不应该有点成绩动不动就想着如何超车，而是应该脚踏实地静下心来搞好基础的研究。

前不久，华为通过高薪全方位引进高层次人才引起热议，利用高薪“挖人”，既说明人才的重要性，也说明我们在关键技术人才培养方面的不足。据了解，我国现有的EDA人才仅有数百人，整个芯片领域人才缺口更是高达数十万。按照规划，到2025年我们要达到芯片自给率70%的目标，但2019年的芯片自给率只有30%，在美国的持续打压之下，要实现这项十分艰巨的目标，关键还是在人才。

有了人才、有了基础研究的成果，突破和赶超就是水到渠成的事。否则，如果把一切都建立在别人的基础之上，终究还是免不了命运被掌握在他人手中，随时都有被打压和封锁的可能。

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