華為布局光量子芯片計(jì)劃，不用光刻機(jī)也能量產(chǎn)

【導(dǎo)讀】華為研發(fā)芯片新技術(shù)，在芯片堆疊以及光量子等新型芯片領(lǐng)域進(jìn)行探索。業(yè)內(nèi)對(duì)這些芯片有哪些成果呢？新型芯片能打破摩爾定律嗎？

【一】光量子，光電芯片的探索

半導(dǎo)體發(fā)展了半個(gè)世紀(jì)，從人類發(fā)現(xiàn)晶體管，集成電路，并打造出微電子芯片以來，芯片制造已經(jīng)從微米發(fā)展到納米水準(zhǔn)。并且實(shí)現(xiàn)7nm，5nm和4nm等水準(zhǔn)。 三星更是實(shí)現(xiàn)了3nm的量產(chǎn)，臺(tái)積電也會(huì)在今年下半年突破3nm量產(chǎn)工藝。然而芯片制程的路還在繼續(xù)，臺(tái)積電已經(jīng)確定會(huì)在2025年量產(chǎn)2nm芯片，并且采用更先進(jìn)的ASML高數(shù)值孔徑系統(tǒng)EUV光刻機(jī)，實(shí)現(xiàn)2nm的芯片生產(chǎn)。

可是再先進(jìn)的芯片，在硅材料物理規(guī)則的限制下，也終有到達(dá)性能頂點(diǎn)的一天。五年，十年以后，如果芯片制程不能繼續(xù)突破，芯片還有探索空間嗎？其實(shí)是有的?？梢栽诠璨牧现獍l(fā)展新的制造技術(shù)，挖掘新的材料。 而華為就展開了布局，比如研發(fā)出了芯片堆疊技術(shù)，用先進(jìn)封裝工藝將兩顆芯片堆疊在一起使用，雖然會(huì)犧牲芯片面積，但是能換取不錯(cuò)的性能提升。另外華為也在光量子芯片進(jìn)行布局，使用光量子芯片或不用光刻機(jī)也能量產(chǎn)。

因?yàn)楣饬孔有酒捎玫牟牧吓c傳統(tǒng)的硅基芯片不同，而且光量子芯片的傳輸速度比硅基芯片更快，在實(shí)現(xiàn)相同性能的情況下，不需要頂級(jí)半導(dǎo)體設(shè)備也能達(dá)到媲美硅基芯片的效果。 業(yè)內(nèi)對(duì)這類光量子芯片，光電芯片的探索越來越多。德國(guó)企業(yè)曾組建光量子芯片的技術(shù)聯(lián)盟，打造光子集成電路。

在國(guó)內(nèi)，中科大郭光燦研究團(tuán)隊(duì)基于光子能谷霍爾效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)量子干涉，為中國(guó)發(fā)展光量子芯片積累更多的經(jīng)驗(yàn)。 值得一提的是，美國(guó)對(duì)光量子芯片也十分感興趣，一度提出技術(shù)共享的要求。說好聽點(diǎn)是技術(shù)共享，實(shí)則就是想要不勞而獲的索要技術(shù)。但國(guó)內(nèi)辛辛苦苦研發(fā)的技術(shù)自然不會(huì)輕易共享，更何況美國(guó)對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體頻頻采取措施，也不見得有共享的想法。 在光電芯片方面，中國(guó)研發(fā)團(tuán)隊(duì)也傳來好消息。由南京大學(xué)張勇，肖敏等組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在光電芯片領(lǐng)域取得重大突破，發(fā)明全新的" 非互易飛秒激光極化鐵電疇 " 技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)可以將飛秒激光的光衍射極限壓縮到30nm的水準(zhǔn)。這是業(yè)內(nèi)首個(gè)從微米到納米級(jí)水準(zhǔn)的突破，為光電芯片的發(fā)展奠定一定的基礎(chǔ)。 光電芯片是業(yè)內(nèi)正在積極探索的方向之一，但是過往的一些探索研究只停留在理論階段，真正從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵺`的成果并不多。希望能有更多的研究成果落地，讓光量子，光電芯片能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

【二】新型芯片能打破摩爾定律極限嗎？

市面上的芯片種類多達(dá)上萬種，根據(jù)需求和應(yīng)用領(lǐng)域不同，各式各樣的芯片被生產(chǎn)出來，發(fā)揮價(jià)值。尤其是在智能手機(jī)，電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品，往往需要用上7nm，5nm的高端芯片才能滿足需求，但是相關(guān)的弊端也顯現(xiàn)出來。一方面高端芯片制造成本大，單單是采購(gòu)一臺(tái)EUV光刻機(jī)設(shè)備就得花費(fèi)1.2億美元。 ? 另一方面高端芯片越往下越難，持續(xù)下探會(huì)面臨功耗壓不住的情況，成本與使用效益未必能成正比。 另外高端芯片會(huì)遇上摩爾定律的極限，到2nm，1nm的水準(zhǔn)，基本上就觸及硅基芯片的物理規(guī)則頂點(diǎn)了。按照摩爾定律的理念來看，集成電路的晶體管每隔兩年就會(huì)翻倍。但是到了極限以后，晶體管數(shù)量無法繼續(xù)提升，也就難以發(fā)揮出更高的性能了。

那么新型芯片能打破摩爾定律極限嗎？理論來看的話，或許有這個(gè)可能。以光電芯片為例，這種芯片以光子作為傳輸?shù)拿浇椋庾拥膫鬏斔俣却笥陔娮?，因此更容易提升性能?當(dāng)然，要想形成全新的光量子，光電芯片產(chǎn)業(yè)鏈還需要時(shí)間沉淀，畢竟硅基芯片產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展了幾十年，各種創(chuàng)造出來的半導(dǎo)體設(shè)備，材料都是基于硅基芯片發(fā)展的。所以要想將新型芯片推動(dòng)成龐大的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌?chǎng)，還得厚積薄發(fā)。

但前期的積累同樣很重要，也許別人剛起步的時(shí)候，我們已經(jīng)做好必要的準(zhǔn)備了。華為與中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)都在研發(fā)光量子，光電等新型芯片，不用光刻機(jī)也能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。美國(guó)不斷在芯片領(lǐng)域采取措施，只因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的硅基芯片有深厚的專利積累。但是在新型芯片，美國(guó)也在起步階段。若國(guó)內(nèi)把握新型芯片核心技術(shù)，相信會(huì)帶來不一樣的產(chǎn)業(yè)效果。

編輯：黃飛