北大杠上麻省,中美同时进军第三代芯片,这是国运大对决,反超希望很大。(转)

国际观察 14865 184

大家可能不太清楚,现在的芯片就是第二代芯片,也叫硅基芯片,台积电就是第二代芯片的代表,然而第二代芯片正在逼近天花板,很难更上一层楼,想再进一步必须开发下一代芯片,而碳基芯片就是一种理想的材料。碳基芯片有良好的导电和机械性能,运行速度比硅芯片快5到10倍,而耗电量可以降低10倍,是非常完美的材料。

但理论毕竟是理论,想制造碳管芯片挑战巨大,制造芯片主要有两个方向,一种是从上而下的方法,硅基芯片就是从上往下的加工方式,所以光刻机必不可少,光刻机的优劣甚至起到决定性作用,它就像刻刀一样,把器件结构刻画到硅晶体上,而另一种制造方法就是,从下往上的加工方式,像盖房子一样往上搭建,而碳基芯片就是用这种加工方式。

想制造碳基芯片,首先要制备大量高纯度,而且长度平均的碳纳米管,这就好比盖房子的砖头一样,此外你还要有盖房子的办法,就是如何把这些碳纳米管固定在芯片上,还要排列的整齐划一,然而碳基芯片理论上很丰满,但近20年却未能取得突破,为什么呢?

因为想制造碳纳米管,就必须对碳管材料进行掺杂处理,来控制晶体管的极性和性能,而对于碳管来说,掺杂就会丧失原有的运行速度等优势,这显示是个矛盾的难题。谁解决了这个矛盾,谁就占据了碳基芯片的发展先机。

中美作为两个科技强国,在碳基芯片领域展开了为期十几年的追逐,这场科技追逐战主要在两个世界顶级名校之间展开,即北京大学和麻省理工大学,由彭练矛院士带领的北大团队,从07年开始,就开展了碳基芯片的研究,并创造性的研发了一套高性能碳管CMOS器件的无掺杂制备方法,秘诀就是放弃了对碳管的掺杂,转而通过调节接触金属的功函数,来实现器件极性的调控,简单来说,就是改变碳纳米管的接触电极材料。

2017年,彭院士领导的团队,在碳纳米管取得重大的突破,并在2017年的《科学》杂志上发表了这项研究成果,成功制造出5纳米栅极碳纳米管CMOS器件,工作速度两倍于英特尔最新商用硅晶体管,能耗却只是其1/4,显示了其性能优势,但这只是实验室中的成果,距离大规模生产还很遥远。

与此同时,在麻省理工学院的实验室里,由MIT助理教授shulaker带领的团队,也在开展碳基芯片的研究,MIT团队首先面对的问题是,如何把单根碳纳米管,沉积到预先设计好的晶圆结构上,而不是得到一大团碳管聚集的颗粒,经过摸索,MIT团队发明了一种选择性清洗技术,用的是三步走的路子,聚合物预处理——沉积——冲洗,这种技术使得芯片上团聚颗粒的密度降低了250倍,2019年该团队在世界顶级期刊《自然》杂志上发表了该研究成果。

为了能尽快产业化,MIT团队采用的是传统硅芯片的制造技术来制造碳芯片,说白点,就是把硅管换成了碳管罢了,因此,其运行速度仅仅相当于硅基芯片30年前的水平,远远未达到碳管芯片应有的水平。

而北大团队的思路不同,他们瞄准的是可以超越硅基芯片的创造路子,2020年五月,北大团队再次取得重大进展,并在《科学》杂志上发表论文,这篇论文解决了碳基芯片制备的一个重大难题,既如何实现高纯度碳纳米管的整齐排列,北大为此开发了一种碳管提纯新工艺,制备出纯度优于99.9999%的碳纳米管溶液,利用高纯的碳管溶液,通过维度限制组装,在4英寸硅片上制备了排列整齐的高密度碳管阵列,可以在每微米范围内排列100至200个碳纳米管,制备出了定栅场效应晶体管组成的小型集成电路,虽然集成规模比麻省团队的要小,北大的性能更优越。

总结中美两国的碳基芯片的研发道路,MIT的碳基芯片与现有的硅基芯片制备工艺兼容,比较容易产业化,但性能很难超越硅基芯片,而北大的研发方向,性能已经超越硅基芯片,又展示了可以满足大规模生产的材料需求,可以产业化,可见我国的碳基芯片技术的光明前景。

如何产业化,下一步就是需要更多的芯片产业链的合作了,特别是芯片设计EDA的软件方面,北大和北京市已经合作成立了北京碳基集成电路研究院,还和华为等企业对接,相信碳基芯片很快就能进入工业化阶段,基于碳纳米管的集成电路技术已经不存在原理上的障碍,也不再是遥不可及的梦想,掌握核心技术的碳基芯片,也为中国芯片领域的发展带来了新的希望,然而要建立一个完整的产业链,还需要很多工程华的工作,需要一定的时间来完成,相信碳基芯片离我们会越来越近。

中国在硅基芯片的落后态势,很可能在未来的碳基芯片上有翻天覆地的变化。

有一件事我想不通,中国的科学家为什么到国外去发表论文?虽然论文说的只是原理和方向,但原理和方向也是秘密啊!怎么能轻易透露?还为了让老外看懂,用英文来发表,迁就他们,难道全民英语的目的就是为这个吗?真是岂有此理。

  • zjlqzxj 2020-09-26 08:49

    我们应该像东风17那样,严格保密,连原理都不让他们知道,让他们摸不着头脑,所以我建议禁止中国科学家去外国发表论文,要发表的话也只能在国内发,用汉语发就得了。国外想看的话就老实学中文去。

  • zjlqzxj 2020-09-26 09:20

    sky021sky :请解释一下,你主子为何对中国科技封锁?请你主子的态度开放一点。

  • 国家工程中心 2020-09-26 09:20

    这个建议必须顶!坚决反对国内搞科学研究的人崇洋媚外,到国外去发表论文,政府要鼓励搞科学研究的人立足国内,论文必须拥护中文,严禁用外文!凡是到国外期刊上发表论文的,要扣他们的奖金,缩减研究经费,并且跟职称评定、待遇脱钩!

  • 国家工程中心 2020-09-26 09:20

    这个建议必须顶!坚决反对国内搞科学研究的人崇洋媚外,到国外去发表论文,政府要鼓励搞科学研究的人立足国内,论文必须拥护中文,严禁用外文!凡是到国外期刊上发表论文的,要扣他们的奖金,缩减研究经费,并且跟职称评定、待遇脱钩!

  • 国家工程中心 2020-09-26 09:20

    这个建议必须顶!坚决反对国内搞科学研究的人崇洋媚外,到国外去发表论文,政府要鼓励搞科学研究的人立足国内,论文必须拥护中文,严禁用外文!凡是到国外期刊上发表论文的,要扣他们的奖金,缩减研究经费,并且跟职称评定、待遇脱钩!

  • 酒十九 2020-09-26 10:18

    评论 zjlqzxj:一流的成果不会发论文,而是先申请专利。

  • 破壳2013 2020-09-26 10:31

    大学都以在成名期刊发表的论文数来作为成绩指标,其实可以改变的。

  • 爱烧锅炉的凤凰 2020-09-26 11:53

    这个避免不了,因为芯片是要大规模商业应用的,后期还要注册专利来避免仿制。。比如现在的操作系统,软件,,其实不是我们做不出来。。而是人家有专利在手,你仿制了,没有得到授权,那么就不能参与国际贸易。。美国制裁华为也是一个道理,专利在手,可以不给你用

  • 标哥005 2020-09-26 11:55

    也是没有办法,你不去国外最权威的杂志发表论文,你都无法晋升、没有科研经费,你再有本事也只能在办公室和实验室空耗时光。除非你在企业,就可以不用发表论文。

  • 欲与伊泰克 2020-09-26 12:07

    支持,科技上的重大发现就应该绝对保密,主动发论文的做法不可取。

楼上有理

  • 卿在川 楼主: 2020-09-26 16:09

    全民英语+西方价值观,框住了中国人的思想,让中国人无法跳出西方人的思维枷锁,追着西方的屁股走,走不出自己的路,这就是中国人缺乏创新能力的原因之一。

  • 尽在缘 2020-09-26 20:11

    真没想明白学英语会到达这样的高度,印人英语肯定比我国好多多,可发展也没见比我们好阿。

自己的事不要到处 说

  • lzy1964 2020-09-26 11:33

    嘿嘿,论文是把结果让他们看看,至于涉及到制作和实现的过程论述,他们谁信谁知道的,哈哈。

  • pangyxABC 2020-09-26 17:23

    文章用外文发到外国去,是最大的、最严重的一种文化不自信的表现!更别提什么争取、掌握话语权、规则制定权。

  • zjlqzxj 2020-09-26 20:39

    评论 pangyxABC :+

第三代半导体材料主要是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。

竞争格局

SiC

SiC基本形成了美国、欧洲、日本三足鼎立的局面,可实现碳化硅单晶抛光片的公司主要为美国的Cree、Bandgap、DowDcorning、II-VI、Instrinsic,日本的Nippon、Sixon,芬兰的Okmetic,德国的SiCrystal。

Cree与SiCrystal公司占据超过85%的市场份额。美国Cree被认为是此领域的老大,其碳化硅单晶材料的技术水平代表着国际先进水平,专家预测在未来的几年里Cree还将在碳化硅衬底市场上独占鳌头。

GaN

国外在氮化镓体单晶材料研究方面起步较早,美国、日本和欧洲在氮化镓体单晶材料研究方面都取得了一定的成果,其中以美国、日本的研究水平最高。部分公司已经实现了氮化镓体单晶衬底的商品化,技术趋于成熟,下一步的发展方向是大尺寸、高完整性、低缺陷密度、自支撑衬底材料。

美国一直处于领先地位,先后有TDI、Kyma、ATMI、Cree、CPI等公司成功生产出氮化镓单晶衬底。

日本住友电工(SEI)和日立电线(HitachiCable)已经开始批量生产氮化镓衬底,日亚(Nichia)、Matsushita、索尼(Sony)、东芝(Toshiba)等正开展了相关研究。

欧洲氮化镓体单晶的研究主要有波兰的Top-GaN与法国的Lumilog。

  • 橘生淮南zhao 2020-09-26 10:37

    碳基半导体用的是碳晶体管性能远高于第三代半导体一个属于第四代半导体,这方面研究中国处于领先地位

  • zjlqzxj 2020-09-27 09:20

    评论 天山明月2020:什么鬼?

  • heaven621 2020-09-27 10:07

    现在不是在搞石墨烯基芯片吗?比碳管又要先进一代了。

欧米日那么多诺贝尔医学生物奖得主 连疫苗都整不出 哈哈哈

  • 黄岩蜜橘2020 2020-09-26 12:42

    哈哈哈哈哈嗝

  • 庄子就是老子 2020-09-26 17:22

    评论 xxxhhhyyyttt:你高兴就好。全球疫苗目前已经有100多种。大国都有,但是整个地球没有一个活疫苗出来,美国也没有,全世界都是用灭活疫苗忽悠人,自己百度。

  • 庄子就是老子 2020-09-26 17:23

    评论 xxxhhhyyyttt:活疫苗和灭活疫苗的区别自己查。灭活疫苗就是扯几把蛋的玩意儿,反正我不会打

  • xxxhhhyyyttt 2020-09-26 18:01

    评论 庄子就是老子:去你马勒戈壁的! 你比陈巍厉害? 百度?哈哈哈。。。。SB! 脑子是个好东西!

  • billlion 2020-09-26 20:40

    评论 庄子就是老子:支持你不打灭活疫苗!自由啊人权啊统统给你安排上

  • discoverer1978 2020-09-27 00:30

    评论 庄子就是老子:你知道不知道啥是疫苗啊?还活疫苗?活疫苗给你你敢用吗?

  • ty_山不在高546 2020-09-27 01:14

    评论 庄子就是老子:人云亦云,你的脑子用来拍马屁的?还用三聚氰胺洗过?

  • lcdlch 2020-09-27 03:00

    评论 庄子就是老子:RNA病毒用活疫苗? 你全家人都打一支这种活疫苗进去试试,看看有几个人可以活下来。一家人就是要整整齐齐是吧

  • dgcbh 2020-09-27 15:41

    评论 庄子就是老子:疫苗说白了就是病毒。灭活疫苗就是死病毒,给免疫系统练手的,下次活病毒来了知道怎么应对。rna病毒变异太快,制造了活疫苗,难说不变异,万一致病了呢,就成传播病毒了。

楼主说的很好很专业。但是北大……。清北大量招收某市低分学生,哪来的高质量研究团队?北京高考不统一试卷二十年了,现在连与国家平均水平差距多少都看不出来,还能指望北大?

  • 橘生淮南zhao 2020-09-26 09:58

    愚昧无知,北京上清华北大分数都是接近满分才能上的。北京考生综合素质远远高于全国平均水平,小学生就有交响乐课程,全国大多数小学可能没听说过交响乐吧。

  • 飞翔之牛 2020-09-26 10:03

    评论 橘生淮南zhao :什么思维,交响乐就高大上吗,能提升学生学习成绩吗?能提高科研水平吗?装逼而已

  • 橘生淮南zhao 2020-09-26 10:06

    评论 飞翔之牛:什么叫综合素质?死读书就能搞科研?

  • 橘生淮南zhao 2020-09-26 10:10

    评论 飞翔之牛:你看看人大附中每年考上清华北大一百多人,多数都是 700多分接近满分。北京还有的重点高中一本升学率都在80%以上,但是一百多年来一个清华北大的都考不上,说明北京考清华北大不是那么容易的。

  • 非茅非芬 2020-09-26 10:21

    评论 橘生淮南zhao :在北京考清北也不容易,考一本容易,录取率30%,天津最容易一本录取率35%

  • 橘生淮南zhao 2020-09-26 10:34

    评论 非茅非芬:不容易的,北京很多重点高中一个清北都没考上过

  • 道其常 2020-09-26 11:43

    评论 橘生淮南zhao :没有统一试卷,就没有说服力。

  • 我要春带彩 2020-09-26 12:03

    同意素质教育对日后科研有帮助。高科技都是跨界研究的不单单只看分数,一个人的接触面越广启发越多。

  • 欲与伊泰克 2020-09-26 12:09

    评论 飞翔之牛:真正的中国人没几个会欣赏西方的交响乐。

  • 黄岩蜜橘2020 2020-09-26 12:44

    评论 橘生淮南zhao:交响乐唐朝就有了 参考 秦王破阵乐 春江花月夜 只是吹拉弹唱的乐器有区别

摘录6月采访的记录:北大碳纳米管提取团队的带头人彭练矛教授曾表示,该团队的下一步目标是在3年内完成90纳米碳基CMOS先导工艺的开发,性能上相当于28纳米的硅基芯片。也就是说,我们在这几年是要完成90纳米碳基芯片的工艺研发,也就是将90纳米碳基芯片设计出来,其性能相当于28纳米的硅基芯片

碳纳米管的提取仅是完成芯片众多制造步骤中的一小步——芯片材料的提取,后续芯片内部结构的制作步骤还有不少,在电路缩放版图的印刻上我们仍然需要用到光刻机,但对光刻机精度的需求没有像现在这样急迫。即使我们完成了硅基芯片的设计,但整个行业也没有生产制造的能力,而硅基芯片制造技术这一步也是我们必须面对的。

看明白了没有,光刻机不能少,只是要求不那么高了。如果国产设备和工艺研发能同步推进,碳基材料半导体预计在10年后追上台积电的硅半导体(届时可能达到1纳米线宽)

@老浅008 2020-09-26 09:17:32

楼主说的很好很专业。但是北大……。清北大量招收某市低分学生,哪来的高质量研究团队?北京高考不统一试卷二十年了,现在连与国家平均水平差距多少都看不出来,还能指望北大?

-----------------------------

清北在各省招纳的高考状元都被你无视了

  • 阿拉善1111 2020-09-26 15:07

    评论 天山明月2020:要看这些人的人数占这2个学校总人数的比率。

  • 天山明月2020 2020-09-26 15:33

    评论 阿拉善1111:2016年,清北在北京录取553人,浙江344人,江苏315人,湖南300人,四川310人,河南426人,山东307人,河北281人,广东280人,安徽250人,陕西238人,上海209人,辽宁212人,重庆216人...哪怕北京学生一半是学渣,还能怎么影响清北整体生源质量?

  • 老浅008 2020-09-26 16:41

    评论 天山明月2020 :北京学生一半是学渣?相比于其他省份靠本事硬考的,北京学生都是学渣。别杠,想杠,等北京参与全国统一卷再说。连全国统一卷都不敢参与,谈个蛋……

  • 文明力 2020-09-27 09:57

    评论 老浅008:就凭那些小镇做题家??说的极端一点,很多700分的做题家,人文素质不如北京400分的孩子

  • 嘛事嘛啊 2020-09-27 10:02

    评论 老浅008:北京学生都是学渣,说得好,敢问你得受过多大的委屈对北京的学生那么看不上眼。

  • 老浅008 2020-09-27 10:27

    评论 嘛事嘛啊 :看清楚,“相对于”。相对于其他省份硬考进清北的学生,北京籍不经过全国统考卷的都是学渣。至于委屈,当然也是那些参与全国统考卷的学生。西部省份教育资源不足,在全国统考卷的前提下降低录取分数,是情有可原的。可是北京呢?坐拥全国最好的教育资源,却连西部省份的学生都不如。

  • 老浅008 2020-09-27 10:30

    评论 文明力 :怎么评定素质,靠你说?十几亿人必须有一个公平的评定标准,而不是靠谁说。你这种靠人为评定素质的想法就是汉朝举孝廉制度、两晋的九品中正制。中国隋朝开始科举,宋朝完善,形成了一套行之有效的考试制度让底层的孩子有一个公平的竞争机会。你说700分的不如你北京400分的,嘿嘿

北大以培养杀猪的自豪!

别的没听说过

最近又出一个说脱口秀的

职业没有歧视——但是,与国家的有投入巨大的反差!卖肉的,是与百姓争饭碗啊!这是北大的自豪吗??????

  • 阿拉善1111 2020-09-26 15:15

    评论 sszzrr910:你说的有点道理

  • AllerAir净化器 2020-09-27 09:58

    这么说有点偏执了。北大培养的院士在全国高校里是最多的,清华第二。自1952年至今,北京大学走出来的两院院士数量最多,高达183人,其次为清华大学164人。第三名至第十名依次为复旦、南京大学、中科大、浙大、哈工大、吉大、上交大、武大,走出来的院士校友数量为96、78、74、70、64、56、54、41人。

留美预备学堂能研发芯片了?确认不是替洋大人当木马?

碳基半导体用的是碳晶体管性能远高于第三代半导体一个属于第四代半导体,这方面研究中国处于领先地位

你一定要跳脱出一个思维,那就是中美博弈是零和的

大前提你都定错了,剩下的就都是废话

中国要想真正成为世界性强权,首先要排除的就是零和思维

中美你死我活的对立在可预见的未来是不存在的

现在是基于竞争基础上的博弈而不是抄家灭族的厮杀

美国会试图遏制中国的发展,但是没有能力扼杀中国这个国家

中国未来掌握主动权的时候会报复美国的欺凌而不会主动挑动美国的解体

在未来很长一段时间内,中美共存是历史的必然,这个时间段可能是一百年甚至更久

人类历史几十万年

而人类文明不过区区数千年

你回看人类历史,你就会发现一个现象在不停重复

那就是人类一直在竞争中融合,并在这一过程中不断扩大对客观世界的探索程度

部落之斗争,直到发现山那边还有更大的部落,转而促进山这边部落的联合融合

国家之间斗争,直到发现山脉那边有更强大的国家,转而山脉这边国家融合合并应对

大陆国家之间斗争,直到发现大陆那头居然还有个不一样的文明,转而大陆国家开始联合

我们人类发展到今天,其实已经无限接近和地外文明的竞争

中美互相融合是迟早的事

  • cngmg 2020-09-27 10:06

    +1

  • 嘛事嘛啊 2020-09-27 10:39

    美国人未必有你那么想

  • dgcbh 2020-09-27 15:45

    只要有一方是零和思维,就只能零和。难不成你让另一方举手投降?

中国想创新,就必须先摆脱西方的思想枷锁,摆脱精神殖民,才能不做西方的跟屁虫。

@firstasskicker 2020-09-26 12:14:19

你一定要跳脱出一个思维,那就是中美博弈是零和的

大前提你都定错了,剩下的就都是废话

中国要想真正成为世界性强权,首先要排除的就是零和思维

中美你死我活的对立在可预见的未来是不存在的

现在是基于竞争基础上的博弈而不是抄家灭族的厮杀

美国会试图遏制中国的发展,但是没有能力扼杀中国这个国家

中国未来掌握主动权的时候会报复美国的欺凌而不会主动挑动美国的解体

在未来很长一段......

-----------------------------

大陆谈统一,台湾也谈统一,分歧是怎么统 一,谁主导统一的问题。人类的发展趋势是大同,符合一切自然物理规律。中美的融合,不会是中,美两国的融合,而是现今世界上不同的制度融合,那么哪种制度适合占主导地位,争的就是这个。

  • firstasskicker 2020-09-26 13:59

    争是必然,但不是零和,看明白我说什么了?

  • ty丶幸福的男人 2020-09-26 14:51

    评论 firstasskicker:我同意你的说法。人类社会的融合才是大方向。

  • ty丶幸福的男人 2020-09-26 14:52

    评论 firstasskicker:中美之争,是制度之争,回避这个其实是掩耳盗铃

  • 阿拉善1111 2020-09-26 15:23

    评论 ty丶幸福的男人 :也许是互相利用和互相伤害并存。

  • 阿拉善1111 2020-09-26 15:23

    评论 firstasskicker :也许是互相利用和互相伤害并存。

  • 阿拉善1111 2020-09-26 15:25

    评论 firstasskicker :以前是互相利用为主,以后就很难说了。

  • firstasskicker 2020-09-26 17:31

    评论 ty丶幸福的男人:你可以进一步解释为新教文明和儒家文明的文明之争,早晚会到这个高度

  • 十三少2020 2020-09-26 23:01

    评论 ty丶幸福的男人:融合不了,这不同于秦始皇并六国,人种都不同!我们书同文,语同音后,就没差别了。

  • ty丶幸福的男人 2020-09-27 09:32

    评论 十三少2020:过去的融合因为生产资料的分配矛盾,只能以暴力为手段。现在,民主自由思想在人类社会越来越深入人心,将来的融合必定在生产力高度发达的基础上,人类解决了物质需求的矛盾后,才能实现。蒸汽时代只是200年前的事,随着科技水平的加速度发展,这个整合过程大概是几百年。

中美都不用争了,未来的世界是黑人和msl的,你们都在为他们做嫁衣。最强大的武器就是繁殖,为什么老虎灭绝了,老鼠还在?就是因为繁殖问题。黑人和msl的繁殖力比白人强大的多,白人灭绝了黑人和msl绝对还存在。一切尽归他们。是不是给他们做嫁衣呢!

现在有大规模科技研发能力的国家也就中国了。

言之有理。大锅饭养懒汉,改革开放才能发达起来。

从中美竞争的角度来看,中必赢,所以北大可能也能赢。除此之外看不到北大有能赢的机会。

更多好贴,尽在国际观察

热门帖子