科技强哥说深度解密碳基芯片进展！换道探索20年，打造“中国芯”还要多少年
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近期 ， 美国对华为的升级制裁 ， 一个小小的芯片就能成为美国制裁的工具 ， 这让打造“中国芯”再次成为最大期待！ 而反观国内 ， 芯片技术好比一只边缘不齐的木桶 ， 其短板之处 ， 决定着我国还无法实现芯片自主 ， 这是摆在“中国芯”面前的困局 。 而近日我国碳基技术取得重大突破 ， 或将终结硅时代 ， 为打造“中国芯”带来了希望！
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集成电路硅时代
集成电路就是把许多分立组件制作在同一个半导体芯片上所形成的电路 ， 早在1952年 ， 英国的杜默就提出集成电路的构想 。 1954年 ， 硅晶体管问世 ， 随后成为集成电路技术的主流 。 从1959年 ， 英特尔的创始人、硅谷的缔造者之一罗伯特·诺伊斯发明硅集成电路之后 ， 世界就进入了硅时代 。
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集成电路的核心就是硅 ， 无论是制造芯片的设备 ， 还是芯片自身的材料等 ， 由硅制造的数十亿的晶体管集成在硅片之上 ， 可以说 ， 硅（Si）作为集成电路的最基础材料 ， 它是人类社会近几十年快速发展的基石 ， 而作为硅时代的缔造者 ， 美国也在芯片产业中具有无可比拟的话语权 。
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硅基芯片的应用
现在台积电、格芯、英特尔等芯片制造 ， 绝大部分采用硅基材料的集成电路技术 ， 就是美国的硅基芯片技术 ， 而该项技术被国外厂家长期垄断 。 因为《瓦森纳协定》,我国无法使用该技术 。
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目前台积电、三星、Intel已经量产了10nm及7nm工艺 ， 国内目前最先进的量产工艺也才到14 nm ， 中芯国际正在研究实现7nm工艺 ， 差距至少有两三代 。 高性能芯片更依赖先进工艺 ， 现在台积电、三星又正在研究3 nm工艺 。
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摩尔定律逼近极限
摩尔定律是计算能力的指数增长 。 早在1965年 ， 英特尔联合创始人戈登·摩尔就观察到 ， 一英寸计算机芯片上的晶体管数量每年翻一番 ， 而成本则减半 。 现在 ， 这个时间是18个月 ， 而且越来越长 。 事实上 ， 摩尔定律不是定律 ， 只是一个为芯片制造商工作的人的观察结果 。
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根据“摩尔定律”的著名论述 ， 当价格不变时 ， 集成电路上可容纳的元器件数目约每隔18-24个月便会增加一倍 ， 性能也提升一倍 。 但自14 nm节点开始 ， 现实进展就开始慢于摩尔定律 ， 瓶颈问题出现 。
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由于物理所限 ， 硅基芯片2nm几乎是极限了 ， 因为硅基管不能再小了 。 硅基芯片受限于晶体管热效应的因素 ， 在小的话可能就无法容纳更多的晶体管数量 ， 而无法提高运算速度 。
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探索替代硅新材料
硅基材料 ， 像CMOS 晶体管一旦缩减到到一定程度 ， 沟道长度随之变短 ， 就会出现“短沟道效应” ， 导致部分器件失去功能 ， 只有通过使用新结构或新材料来解决短沟道效应等问题 ， 进一步提升器件能量利用率 。
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