集成芯片自给率不足三成现状如何逆袭

全球集成电路芯片的器件中有约90%都源于硅基CMOS技术，而随着晶体管尺寸的缩小，其后续发展亦越来越受到来自物理规律和制造成本的限制。

当前在移动互联网、物联网、5G、云计算、大数据等新兴应用领域的带动下，全球半导体产业呈现加速增长的发展趋势。事实上，一直以来芯片都是中国科技领域的短板。尽管中国是世界最大的半导体消费国，目前国产芯片的自给率尚不足三成。

整个半导体产业遵循摩尔定律，不断缩小晶体管尺寸以提升其性能。而业界认为，摩尔定律将在2020年左右达到终点，即硅材料晶体管的尺寸将无法再缩小，芯片的性能提升已经接近其物理极限。

目前，全球集成电路芯片的器件中有约90%都源于硅基CMOS技术，而随着晶体管尺寸的缩小，其后续发展亦越来越受到来自物理规律和制造成本的限制。

在为数不多的可能替代材料中，碳基纳米材料特别是碳纳米管被公认为最有可能替代硅材料。美国斯坦福大学、IBM公司的研究人员都在致力于该领域的研究。国际半导体技术发展路线图近年来多次引用彭练矛团队的工作，来证明碳纳米管是一个重要的出路。

目前，该团队已在实验室实现了碳材料的医用传感器，用来检测血压、心跳和血糖等生化指标。由于碳材料与人体兼容性高，且有良好的柔韧性，这种传感器可以完美贴合皮肤，让人感觉不到它的存在。

此外，碳材料还可以感光，用在夜视装备上不仅可以达到极高的清晰度，且对不发热的物体也能成像，远胜于红外热像仪。这使它在汽车辅助驾驶系统以及打造监控摄像头方面大有用武之地。

而且，在当今物联网创造的六大市场中（可穿戴智能传感器，智能家庭应用，医疗电子，工业自动化，汽车辅助驾驶，智慧城市），碳材料已经确定可以切入其中四个。

目前国产芯片大多应用在消费类领域，而在对稳定性和可靠性要求相对更高的通信、工业、医疗及军事等领域，国产芯片与国际先进水平差距较大，尤其是一些技术含量很高的关键器件，比如高速光通信接口、大规模FPGA、高速高精度ADC/DAC等，还完全依赖国外供应商。

资深分析师老邢对此发表了几点看法：

1．碳基纳米材料特别是碳纳米管被公认为最有可能替代硅材料。碳纳米管由于其良好的电学性能、优异的力学性能，在质量、微力、气体、位移等物理量的测量方面也具有广阔的应用前景。

2．我国的碳纳米管晶体管研发技术领先世界，北京大学电子系教授彭练矛及其研究团队始终致力于开发尺寸更小、速度更快、功耗更低的碳管半导体器件和集成电路，成功用碳纳米管研制出了芯片的最基本元器件——晶体管。

3．我国应该提升对基本元器件研发的重视程度，加大这方面的研发力度。相对于一些时髦的新应用技术，类似芯片这样的基础性研究应该获得更多的关注，因为它对于一个国家的科技实力提升起着更为核心和支撑的作用，是我国芯片产业未来在全球取胜的关键之一。

4．芯片领域还在期待更大突破，需要借助领先的技术优势，我国在碳基晶体管的研发成果将提高我国开发具有竞争力的芯片解决方案，倘若能研发出商用碳基芯片（从而来取代硅基芯片），则我国将能在芯片研制技术上赶上甚至超过国外同行水平。

可以预见，碳芯片技术至少5年之后才看到商品的雏形，形成产业化的东西或许还得更长，而从目前市场化资金来看，风险投资只投入5年之内有可能变现的高成长项目和企业。

因此，芯片领域还在期待更大突破，需要借助领先的技术优势，整合内外部资源，有效建立本地研发团队，并快速开发出具有竞争力的领先解决方案，建设健康发展的半导体芯片产业生态，将更有机会实现半导体芯片业的强国之梦。