今年10月29日,中科院上海微系统团队公布了一种新型芯片材料:8英寸石墨烯晶圆。这一发明意味着60年来芯片材料终于取得了新的突破。
8英寸石墨烯晶圆的出现会将芯片科技带向一个新的纪元,一个属于我们的芯片时代即将到来,对此,许多媒体都在喊话:美国,你慌不慌?
碳基芯片是新纪元芯片的选择
可以将石墨烯晶圆叫做碳基晶圆,以碳基晶圆造出的芯片叫做碳基芯片,当下我们在使用的芯片由硅基晶圆打造,所以叫灰机芯片。
不仅中国科学院参与其中,清华大学、国防科技大学等985、211的学生早就开始了碳基芯片或者石墨烯晶圆的研究,接触芯片危机我们有了新的突破。
碳基芯片:吹上天
科学界并没有给出一个准确的额数字,但外界已经将碳基芯片吹上了天:说90nm的碳基芯片相当于45nm的硅基芯片,也说90nm的碳基芯片媲美28nm硅基芯片,更有甚者提到,碳基芯片发展到28nm级别,将彻底超越3nm硅基芯片。
且不对这一组的真假进行辩论,可以看出同级别的两者进行比较,碳基芯片是完虐硅基芯片的,无论是功耗还是性能。
不管媒体猜测的如何,可以确定的是,碳基芯片在功耗、效能、速率上都要在硅基芯片的几十倍以上,可以帮助人类制作更精巧的芯片。
硅基芯片的材料极限:吹大的气球
研究碳基芯片最大的意义在于硅基芯片早就达到了材料极限,并且材料极限的问题一直都没有解决,只是靠着芯片工艺制程的进步。
文章开头之所以说8英寸石墨烯晶圆是首次材料突就是因为此前芯片上的突破,几乎都是为了辅助芯片工艺制程不断突破。
根据台积电的官方消息,他们已经在研究1nm的技艺。
就台积电和三星的技术来看,他们2022年实现3nm和4nm芯片芯片的量是已经经官方证实的事情,但其实台积电早就在2nm工艺制程上领先一步。
台积电很早以前就说过希望这里能出两三个诺贝尔奖,来到1nm的领域,台积电已经进入了新的领域,越发能感受到硅基芯片的材料极限如同吹到不能再吹的气球。
硅基芯片的材料极限:20nm时就出现
手机芯片发展到 骁龙810芯片、苹果 A8芯片、联发科X20芯片的时候,就开始出现设备漏电、异常升温等不正常的额问题,这恰恰是在20nm的时候。
说明此刻20nm芯片上所能承载的晶体管已经达到了顶峰,刚好当时台积电和三星都站出来将工艺制程提升到极致,才避开了这次危机。
第二次危机是在7nm向5nm过度,也就是当下这个时代,这一次不得不夸一夸ASML的EUV光刻机及时出现,拯救了摇摇欲坠的芯片科技。
但是台积电已经突破到1nm级别,他真的不会把硅基芯片这个已经吹大的气球,吹爆吗?这是一个值得怀疑的问题。
如何拯救芯片危机:两个路
要解决芯片危机,只有两条路可以走,一条是几十年下来的法子改进工艺制程,另一条出路就是寻找新的可替代材料,从根本上解决问。
就第一个法子而言,改善工艺制程离不开光刻机的支持,当下的EUV光刻机在未来是不够看的,还要发展,台积电、三星等企业也要加油。
所谓的5nm芯片、3nm芯片、1nm芯片,并不是芯片越做越小,而是芯片电路之间的阻隔越来越薄,芯片的本质本来就是一串集成电路。