碳基芯片很先进，你觉得几年内能量产呢？

确实，同水平的碳基芯片的性能要比硅基芯片的性能强不少。据IBM的研究报告称:同技术水准的碳纳米管晶体管的性能要比硅晶体管领先15代，而斯坦福大学的报告则称:如果将碳纳米管晶体管设计成三维的话，性能比二维的硅晶体管提升1000倍。不过，碳基芯片没有正是商用之前，理论研究的再好，也不是真的。

据专家所说:只要国家拿出支持传统集成电路技术的支持力度，加上产业界全力支持，3-5年应当能有商业碳基芯片出现，10年以内碳基芯片开始进入高端、主流应用。

也就是说，只要对碳基芯片的研发进行投资，就有在3-5年商业化的可能，10年内进入手机和电脑中取代现有的硅基CPU。

只不过据第一个碳纳米管研制出来已经22年了，碳纳米管作为晶体管的研究成果并不是太大。国内于2017年，制造出了由2500个碳纳米管晶体管组成的集成电路，其性能仅相当于Inter4004；而在2019年，MIT团队制造出了由1.4万个碳纳米管晶体管组成的CPU，但是其主频还不如最早的Inter80386。所以说，个人觉得，碳纳米管晶体管距离商业化，至少还需要10年的时间。

而制约碳纳米管晶体管迈入商业化的主要原因就是:提纯到99.999999%极为困难，承载电流能力弱，碳纳米管难以生长在特定的位置。

只不过以现有的技术要将碳纳米管提纯到99.999999%是很困难的，因为在制造碳纳米管时就需要用到金属纳米管，以至于在分离提纯时难度较大。虽说不能提纯到99.999999%，但是以现有的技术，提纯到99.99%还是可行的。

硅晶体管每μm可以承载1ma的电流，而现在的碳纳米管每μm只能承载6μa的电流。提高碳纳米管的承载电流能力也只能缩短沟道长度和提升密集度了。由MIT团队研发的处理器的沟道长度为1μm，而国内的达到了3纳米。如果说，国内和国外联合起来，估计碳纳米管晶体管迈入商业化也不会太久。

只能说，随着科技的发展，取代硅晶体管的新材料也发现了不少，最主要研究重点还是碳纳米管晶体管。

第一块集成电路诞生于1958年，由美国人基尔比发明。此后，半导体集成电路产业在市场起基础性作用的环境下发展起来并不断进步，从原材料、半导体设备、开发设计、制造、封测，到最终的市场，至今已经形成了全球化的分工与合作机制，且基本上是硅基芯片的天下。从第一块集成电路诞生至今，时间长达60余年。硅芯片的历史有60余年，并且仍在持续，不是随便说替代就可以替代的。

在严格遵循摩尔定律的前提下，进入市场的芯片，最先进的到了7nm工艺节点，之后的5nm、3nm和2nm芯片虽然现在没有真正流入市场，但也可在晶圆厂大量生产制造。台积电是全球最领先的晶圆代工厂，据估计，在理想状态下，到2025年，6nm、5nm和3nm工艺将在台积电的营收中占大部分，而2nm及以下节点工艺还未开始为台积电贡献收入。而且就算是5nm工艺节点的芯片，在初期主要是靠了华为和苹果两家“土豪”公司的需求来带动（三星可以自己量产5nm芯片），未来3nm，甚至2nm及更小节点的芯片在市场上有多大的需求，其实说不准。

碳基芯片毕竟停留在实验室，商业前景不明朗，至少在未来5到7年里，或者说没有庞大的市场需求驱动，企业应该没有什么动力去为碳基芯片的商业应用进行大量投入。简而言之，没有真正引发全球业界强烈的共鸣，一个巴掌拍不响的。

▲2018至2025年，各制程工艺在台积电营收中的贡献变化

当前半导体行业中的光刻机、EDA软件设计工具、测试仪器、生产工艺流程等是否可用于制造碳基芯片?彭练矛院士说：“使用率大约能达到80%~90%，但碳管材料的清洗、刻蚀等步骤需要特殊处理，碳管器件的模型需要单独建立。”换言之，当硅基芯片在工艺上达到极限、再也无法突破，转而投向碳基芯片，那么业界要推动碳基芯片继续缩小节点，还必须要仰赖其他环节。例如光刻机，光刻机在硅基半导体晶圆制造成本中可是占到大约一半。

一方面，中国（包括政府、科研机构和企业等在内）围绕硅基芯片总计投入的人力、物力和财力非常之大，涉及原材料、半导体机台设备、开发设计、生产制造、封装测试等几乎所有环节，从国家层面考虑，目的不外乎是尽可能缩小与国际领先之间的差距，同时为培育出大量本土人才创造条件。中国在集成电路领域投入如此之大，尚没有好好消化、完全吃透，实现应有的回报。但另一方面，中国半导体产业在原材料、半导体生产设备、软件设计工具等环节相对滞后也是事实，而且高度依赖国外厂商。最致命的还是，高端专业人才稀缺，仍需大量引进。在此情况下，就算中国本土半导体上中下游企业肯齐心协力转向碳基芯片，希望抢先国外一步实现所谓的“弯道超车”，也不能不考虑各种可能的风险。例如，华为与台积电本来合作得非常愉快，但美国企图彻底阻止台积电为华为代工芯片。

况且，彭练矛院士自己也说：“现代芯片制备有上千个步骤，其中一步做不好，就没有好的产品。最后是一个系统优化的问题，材料、器件、芯片设计等密不可分。”

另外，彭练矛教授还说过：“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。若国家拿出支持传统集成电路技术的支持力度，加上产业界全力支持，3-5年应当能有商业碳基芯片出现，10年以内碳基芯片开始进入高端、主流应用。”

根据已公开的信息（碳基的一些优势在此省去不说了），碳基芯片是半导体产业的方向之一，但不能确定就是技术发展的唯一必然方向。不过，业界确实可以从最简单的商业应用开始尝试做起，从简单到复杂，从低端到高端，从小范围到大范围，从专业特定领域到全范围推广。

从当前的情况来看，估计量产至少是3-5年，并且水平应该还是类似于硅基芯片的28nm水平。

一、碳基芯片的发展和进度

碳基芯片其实已经研发了20多年了，1991年就发现了碳晶体管。但只是理论上的，所以这20多年以来，科学界一直在研究制备、提纯、排列碳纳米管的方法。

而前段时间北大团队的新成果，是突破了半导体碳纳米管关键的材料瓶颈，使其制备出的器件和电路在真实电子学表现上首次超过了硅基产品，这是什么意思呢，是指可以让碳基芯片有了开始谈论规模产业化了的基础了。

如果说原来更多的是理论研究，但从现在开始，可以考虑实用化的量产了，可以走向工厂的生产间了，这就是这次北大团队研究的有意义的成果。

二、和硅基芯片对比情况

但有了这个基础之后，走向量产会要多久？其实这次北大团队也说了，下一步的目标是在2-3年内完成90纳米碳基CMOS先导工艺开发。而90nm的碳基芯片，在性能上相当于28纳米硅基器件。

从这个情况来看，要2-3年才能够完成工艺的开发，至于投入到量产，那还得更晚，所以3-5年起应该是至少的。

另外大家还要注意的是，3-5年能够量产的还是90nm的碳基芯片，相当于28nm的硅基芯片，和现在的硅基芯片相比，已经是落后5年以上的技术了，要是再过5年量产，相当于落后现在的芯片技术10年。

所以短时间之内，想通过碳基芯片实现中国芯的换道超车，不太现实，怎么说也得10年后吧，路还很漫长，别想着能够急功近利。

事实上，同样水平的碳基芯片的性能要比硅基芯片好得多。根据国际商用机器公司的一份研究报告，个技术水平相同的碳纳米管晶体管的性能比硅晶体管领先15代，而斯坦福大学的一份报告称，如果：个碳纳米管晶体管是三维设计的，它们的性能将比二维硅晶体管高出1000倍。然而，碳基芯片在商业化之前不如理论研究那么好，而且它们也不是真的。

据专家介绍，只要国家对传统集成电路技术给予支持，行业给予全力支持，3-5年内将有：个商用碳基芯片问世。十年内，碳基芯片将开始(651，191)高端和主流应用。

换句话说，只要对碳基芯片的研发进行投资，就有可能在3-5年内将其商业化，并在10年内取代手机和电脑中现有的硅基中央处理器进入。

然而，自第一个碳纳米管问世以来已经有22年了，而碳纳米管作为晶体管的研究成果并不算太大。2017年，由2500个碳纳米管晶体管组成的集成电路在中国制造，其性能仅相当于Inter4004。在2020年，麻省理工团队生产了一个由14000个碳纳米管晶体管组成的中央处理器，但是它的主频率没有最早的80386年间好。因此，我个人认为碳纳米管晶体管商业化至少需要10年时间。

然而，制约碳纳米管晶体管商业化的主要原因是：难以提纯到99.999999%，载流能力弱，碳纳米管难以在特定地点生长。

然而，用现有技术很难将碳纳米管纯化到99.999999%，因为在碳纳米管，的制造中需要金属纳米管，这使得分离和纯化更加困难。虽然不能提纯到99.999999%，但用现有技术提纯到99.99%还是可行的。

硅晶体管每微米可以传输1ma的电流，而电流碳纳米管每m只能传输6a的电流。提高碳纳米管的载流能力只能缩短沟道长度和增加密度。麻省理工学院团队开发的处理器的通道长度为1m，而国产处理器的通道长度达到3 nm。如果国内外都团结起来，估计碳纳米管晶体管不久就会商业化。

只能说，随着科学技术的发展，已经发现了许多新材料来代替硅晶体管。最重要的研究重点是碳纳米管晶体管。

天佑中国！也就是说在2025年才能投入应用，如果发展碳基芯片列入国家战略计划，以北大华为牵头，国家鼎力支持，再搞一次“两弹一星”全国大协作，今天中国已不是上世纪五六十年代的中国，现在是要人有人要钱有钱要技术有技术，尤其是不缺钱，国家只要发出号召，十四亿中国人民肯定会像当年“支援打老蒋”一样支援国家。只要有全国人民团结一心众志成城，两年或三年一定有成果。促成中国科技发展跨入一个革命的新阶段，碳基芯片必将助我中国全面跃进，来的早不如来的巧。不就是一千多天吗？中国的前进步伐没有任何国家能阻挡！！

我觉得要看决策者的决心了，一项新的科技成果如果快速转化成生产力，是靠钱堆出来的。

年底吧，只要窗户纸捅破了，剩下的就简单了[大笑][大笑][大笑]

虽然不是搞电子科技的，但感觉碳基芯片这个概念，就是在瞎吹，和前一段时间的3D打印，量子通讯都是一类的，都是瞎扯淡，科技哪能那么容易突破，被吹的神乎其神的东西，最后都是一地垃圾，科技史上也有很多这种例子

第一代硅基芯片诞生在上世纪五十年代，第一代碳基芯片诞生在10年左右，到现在10年走了一代，比硅基芯片走得要慢很多，可能有所突破，接下来走得比较快。可见碳基芯片比硅基芯片要难，我觉得要真正商用起来，还要几年时间。虽然碳基芯片我们起步比别人晚，但是我们发展比别人快，我相信会跟5G一样，我们发展比别人好。