随着摩尔定律逐渐失效，现在智能设备使用的硅基半导体技术很快会碰到极限，在多个新的技术方向中，石墨烯芯片或许是个不错的选择。

2000年10月10日，瑞典皇家科学院宣布将本年度诺贝尔物理奖授予三位科学家，分别是俄罗斯圣彼得堡约飞物理技术学院的若尔斯-阿尔费罗夫、美国加利福尼亚大学的赫伯特-克勒默和德州仪器公司的杰克-S-基尔比，以表彰他们为现代信息技术的所作出的基础性贡献，特别是他们发明的快速晶体管、激光二极管和集成电路(芯片)。

如果你认为手机等智能设备改变了世界，那正是因为这些伟大的发明首先改变了这些设备。在阅读这篇文章时，我们手上也正握着数项诺奖级的成果。对于智能设备而言，经过了十几年的发展， 性能的提升依然是消费者和厂商最为关注的要点，更具体来说，这很大程度上取决于设备中芯片性能的提升。

在摩尔定律应用的近60年时间里，计算机从艾尼阿克这样的庞然大物变成每个人都不可或缺的便携式设备，信息技术也由军事实验室进入无数个普通家庭之中。不过，芯片性能的提升，目前还主要依赖于制造工艺的升级，而由于愈发逼近物理极限，工艺研发难度不断加大，“摩尔定律”将失效的声音也越来越大。


硅基芯片即将到达性能极限

由于高纯硅的独特性，导致其集成度越高，晶体管的价格越便宜，这样也就使得摩尔定律产生了经济学效益。在1990年左右，一个晶体管要10美元左右，但随着晶体管越来越小，小到一根头发丝上可以放上千晶体管时，每个晶体管的价格就下降至此前的千分之一。

就在本月，先后发布的联发科天玑9200和高通骁龙8 Gen2两款旗舰处理器，采用的都是台积电4nm工艺，但却并没有使用3nm工艺。从本质上来说，台积电4nm工艺其实是基于2020年的5nm工艺节点的改名而已，这一幕其实在台积电的6nm工艺时就发生过，6nm本质上也是7nm工艺节点的改进。

这种“换汤不换药”式的改名，意味着晶体管微缩技术发展的放缓。

如今，还在继续坚持攻克先进制程的晶圆厂仅剩下台积电、三星、英特尔等几位高端玩家，先进制程所必需的高昂芯片研发、制造费用也给公司带来了巨大的成本压力与投资风险，这也进一步迫使企业寻求性价比更高的技术路线来满足产业界日益增长的芯片性能的需求。而且随着摩尔定律不断逼近极限，现在的硅基半导体技术很快会碰到极限，1nm及以下工艺就很难制造了，在多个新的技术方向中，石墨烯芯片是其中一个选项，国内也有多家公司组建联盟攻关这一技术。


石墨烯芯片到底能不能绕过光刻机？

近日，在中国国际石墨烯创新大会，很多公司成立了石墨烯铜创新联合体，希望研发出石墨烯芯片，来替代硅基芯片，从而解决卡脖子问题。

更重要的是，目前硅基芯片已经快要按近工艺极限，达到了3nm，而极限可能在1nm，空间有限。而石墨烯芯片电子迁移率远高于硅基材料，性能是硅基芯片的10倍，同时功耗还低。

所以一时之间，网友们又沸腾了，表示目前我们在硅基芯片的先进工艺上受阻，我们应该努力研究石墨烯芯片，来替代硅基芯片，甚至可以绕开EUV光刻机。

石墨烯芯片，究竟是什么芯片？其实是采用石墨烯为材料的一种芯片，石墨烯中，碳原子是以六方晶格排列的，所以具备高电导率、高导热性，能使数据传输更快，也能够使功耗更低，还好的散热。

也正因为如此，所以研究表明，石墨烯芯片，可以实现100GHz的频率，而硅基芯片最高也只能达到10GHz的频率。

因为具备这些特性，所以石墨烯被定位为下一代新型半导体材料。只不过石墨烯芯片不好造，到目前也没有造出真正意义上的、能大规模量产的、能实用的石墨烯芯片，更多的还是停留在实验室。

另外芯片从设计到最后的实用，还需要一条完整的产业链，目前这也是石墨烯不具备的，所以石墨烯芯片，离实用，可能还差十万八千里，短时间内大家就别想了。

此外，在于制造工艺方面，目前并没有证据表示，石墨烯就不需要光刻机了。之前在非大规模制造时，研究人员没有使用光刻机，并不代表大规模制造时，不需要光刻机。

按照当前芯片制造的模式来看，所有大规模量产的芯片，都是通过光刻的方式，将电路图刻到硅片上面去的，而石墨烯本身只是材料的不同，其模式、流程其实还是一致的。

如果要绕开光刻机，可能要对整个芯片产业链重塑或者重构，这可能远比绕开光刻机更难，所以别想着用另外一种芯片材料来绕开EUV光刻机，这可能比研发出EUV光刻机更不现实


尖端芯片技术竞争

有句话说得好：“19世纪是铁时代，20世纪是硅时代，21世纪是碳时代。”21世纪是碳的时代，也是芯片的时代。

美国IBM宣称自己已经实现了2nm芯片技术，但是实际上并没有大规模投入生产，这只是实验室小规模的结果。

不过，也的确能代表美国在芯片市场上的垄断地位。

中国作为世界第二大经济体，在科技上也有了很大的进步，掌握了许多尖端科技，但芯片技术还没有超越美国。

美国此次对华断供芯片，就是在展示自己的科技实力，用核心技术卡脖子，来保护本国企业的发展。国内这类科技公司如果没有核心芯片的支持，许多产品都无法运行，怪不得此次断供引起轩然大波。

我们国家芯片技术的发展不如美国起步早，但是却一直在默默追赶。

美国IBM发布2nm芯片技术后，中科院也发布石墨烯芯片技术，向全世界展示了石墨烯晶圆。

石墨烯晶体管具有高电子活度和快迁移率，用石墨烯晶片制成的石墨烯芯片在相同工艺条件下性能强、功耗低。这是国产芯片“变道超车”的良机。

很明显，两个国家都想抓住这次的机会，成为芯片技术的领军者。可惜目前这两种技术都还不是很成熟。

美国IBM公司的芯片技术，很大程度上要依赖三星公司的3nm砷化镓技术源，两家公司的合作还需要进一步磨合。

我们中国的石墨烯芯片虽然可以小规模生产，但美中不足，它的性能都还要进一步完善。要知道，进入市场的芯片要求确保技术的成熟和稳定，如果经常出现错误，造成客户不满意，对企业而言反而是不利的。

所以这两种技术要商业化，还有一段路要走，不过这条路虽然坎坷，好在已经实现了巨大的突破，未来想要投入实际大概也是迟早的事情。

只是根据实际情况考虑，现在全球市场芯片虽然的确是供不应求，但缺少的并不是高端芯片，反而是中低端芯片。

21世纪初就有的14nm和28nm的芯片，它们占了90%的市场，虽然比较厚，功能也不如最新的7nm芯片强大，但是它的技术已经相当成熟，商业化程度很高，而且，它已经足够满足市场上大部分的芯片功能需求。

再小一点的7nm和5nm芯片，主要供应高端手机和台式电脑，这两种芯片又是剩下10%的芯片中的大块头。所以说，目前来说这种高端芯片的用途还不能大众化，自然需求也就不大。