芯片究竟是用来做什么的?

教育部1月13日发文内容

我国教育部近日发文中，明确了“交叉学科”门类做法，下设“集成电路科学与工程”，并“国家安全学”，均作为一级学科发展，成为培养我国创新型人才、解决集成电路产业“卡脖子”问题的重要举措。将“集成电路”与“国家安全”并举，其意味就已经不言自明，充分体现了我国科研重心对于集成电路发展的高度重视。

集成电路的发展，何以危及国家安全？

首先我们需要了解，什么是集成电路。集成电路，或称，微电路、微芯片、芯片，这样一说，大概很多人就明白了，集成电路学是研究什么的——研究如何造“中国芯”——但这还不够，至少对于其中的关窍还不够清楚。集成电路，顾名思义，将电路“集大成”，也就是将电路集中在半导体材料表面，从而制造出我们口中“呐呐自语”般惦记着的芯片。

集成电路无处不在

那么芯片、芯片，究竟是用来做什么的？

芯片，顾名思义，以“心”为底，就是一些电子设备、数码产品的“心”、的“脑”，我们称之为“处理器”。是的，也包括我们常说的，手机处理器，这也是我们选购手机的关键所在，同时也决定了这个手机入手之后是不是真的好用、耐用。这是不需要了解芯片本身的来龙去脉，就能够有一个直观感受的。当然，除了手机，很多使用“系统”，或者存在“设置”的东西，都需要集成电路，也就是“芯片”的控制。

现在的集成电路，在短短半个世纪的发展之后，已经变得随处可见，无孔不入了。目前最先进的集成电路，换句话说，也就是设备控制系统，能够控制的范围很广，诸如数字微波炉、手机、电脑、各种存储器，以及特殊用途的集成电路，都能够一“芯”掌握，足以构成一个用户家庭电路网络中的无形指挥者。

小小电路板的巨大”凝聚力“

集成电路产业出路的症结所在

在科技发展的今天、在经济全球化之势不可当的今天，在不知不觉之中，我们作为社会主体，已经深陷于这些或高端或低端地电子产品之中，并享受着智能化的生活，便捷丰富的现代生活。或许正是“中国制造”大为流行，让我们有些忽视了“创造力”的重要性，因为我们看到的，往往都是印着“made in China”的外壳，看不到内核的设计，才是产品的“灵魂”，产品的“芯”，以及产品真正的价值。

直到我们的华为意识到这一点，开始大有所为之时，眼红华为红利、落后于其5G的美国，开始宣布收回华为芯片的技术支持与出口，这才让我们意识到问题的严重性。其中的症结，就在于芯片的制造机器，光刻机。一提到光刻机，大家就如经当头棒喝一般，了解到集成电路学、或说芯片学的重要意义——它就是孕育光刻机这颗明日珍珠的温床。

荷兰光刻机

当集成电路学被设置为一级学科，聚焦芯片的来龙去脉（包括光刻机）之时，中科院其实已经从宏观的角度，另辟了一条，具有中国特色的蹊径，来解决被光刻机“卡脖子”的国产集成电路产业出路问题。之所以具有中国特色，是因为在芯片制作工艺上，我们选择了与芯片大国美国不同的制作材料——石墨烯。

北大研究团队、中科院另辟蹊径

在2020年12月，中科院就宣布成功研发出了8英寸石墨烯单晶晶圆（芯片）。石墨烯晶圆是一种是一种碳基芯片，而美国硅谷之所以被称为“硅谷”，很大程度上得益于美国研发的硅基芯片蕴含着世界领先的芯片技术。据信，碳基芯片的性能以及稳定性，比起传统硅基芯片都有很大的提升，性能上甚至提高了十倍，这是受学界普遍观点——碳纳米管自身材料性能远优于硅材料——的理论指导。

8英寸石墨烯单晶晶圆

而碳基芯片之所以还未大行其道，是因为使用碳纳米管的关键步骤，在2020年末才得到北大彭练矛教授课题组解答——针对碳纳米管内部充满杂质、影响材料传到效率的问题，提出了全新的提纯和组装办法，从而制备出高密高纯度的半导体阵列纳米管材料，测试结果表明，这种新材料的传导性能，远超同等材料工艺的硅基晶体管集成电路，被认为是中国碳基芯片的希望，是世界芯片革命中第一梯队力量。此外，这种碳基芯片的创造，或许还能助我们绕过美用光刻机，寻求光刻机生产的新出路。所以说，”中国芯“不是梦，它正在路上！
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