多年来，中国一直面临着与美国在芯片领域的激烈竞争，这场老美单方面发起的所谓的“芯片战”持续了几十年。美国还组建了“四方同盟”和“三方协议”等联盟阻挠我们在芯片领域的发展。

中国面临缺“芯”问题，美国就通过芯片限制措施不断制约中国的发展，卡我们的“脖子”。每次当中国在芯片领域取得突破时，美国又会利用自己的芯片制造实力对中国进行打压，滥用自己在芯片领域的实力。即使中国能够自主实现芯片制造，美国也会通过控制制造设备、材料和软件等手段来对中国施加控制。近期日本跟紧美国步调发布的新型半导体管制措施就是一个例子。

缺“芯”之痛，让我们意识到中国的芯片之路注定是一条充满曲折和挑战的道路。然而，我们决不会屈服于困境，而是坚定地走向自主创新的道路。

目前，全球广泛采用的芯片仍然是基于硅基材料的硅基芯片。这种技术已经发展了几十年，人们一直在不断将更多的晶体管集成到微小的芯片上。正如摩尔定律所述，每隔大约18个月，晶体管的数量就会翻倍，从而使芯片性能提升一倍。如今，芯片技术已经进入到10纳米以下的技术节点。台积电和三星已经实现了5nm的芯片量产化。

而我国虽然已经研发出了7nm的芯片，但是苦于没有相对应的光刻机，至今无法实现量产，在硅基芯片这条道路上我们显然已经落后了一大截。然而，在10纳米以下的技术节点，传统的硅基材料显然已经接近了其物理极限，面临着能耗、热量等问题。既然如此，我们就换一个路子，使用其他材料为基底制造芯片，在这条道路上，我们或许可以实现弯道超车。

碳纳米管成为了最好的材料选择，它可以实现将一块单层的石墨片卷成一个空心的圆柱体，这种材料可以实现直径只在1-2nm。碳纳米管具有良好的导电性以及高强度等性能，其强度甚至比钢材还大。使用这种材料可以使性能大大提升，最高可以达到传统硅基芯片的十倍左右，而功耗只在其十分之一。

然而理论毕竟是理论，想要真正实现，还有很长的一段距离。碳纳米管想要做成晶体管就必须进行掺杂处理，然而如果进行掺杂处理，晶体管的性能将会大大降低，这就形成了问题闭环。谁能破解这个问题，谁就在碳基芯片上拥有话语权。

在碳基芯片的研究道路上，中美两国已经赛跑了十几年。这场比赛的决战对手是我们国家的北京大学以及美国的麻省理工。这场比赛我们有胜算吗？

早在2007年，彭练矛院士带领的北大团队就已经展开了对碳基芯片的研究，经过努力，他们创造性的研发出了一套高性能碳管CMOS器件的无掺杂制备方法，简而言之就是放弃了对碳纳米管的掺杂处理，转而寻求其他方法调控。经过十年的日日夜夜，他们在碳管制备技术、碳管器件物理、性能极限探索等方面取得了巨大突破。北大团队成功制造出了纳米碳纳米管CMOS器件，这个材料的性能是现在美国英特尔商用硅晶体管的两倍，能耗却只有其四分之一。

与此同时，美国的麻省理工团队也在研究碳基芯片，对比我国，他们拥有美国国防部相关部门支持的6100万美元。在巨大的资金支持下，他们发明出了选择性清洗技术，这种技术可以将单根晶体管留在芯片上，而不是一大团有混合物的晶体管。2019年，自然杂志上报道了Shulaker团队研发的包含14000个碳晶体管的微处理器，并成功利用其输出程序。此外，麻省理工团队还采用了MIXED技术用于解决碳纳米管的掺杂问题。这种处理方法可以让碳纳米管实现更加复杂的电路，也可以更快实现产业变现。

我们输了吗？

尽管MIT团队拥有包含14000个碳晶体管的微处理器，但是因为MIT团队仅仅只是将传统硅晶体管替换成碳晶体管，其工作性能甚至达不到原有的硅基芯片。他们走的是实用路线，而我国走的是创新路线。2020年5月，北大团队取得重大突破，制备出纯度接近100%的碳纳米管溶液，由此制备出排列整齐的高密度碳管阵列。该碳管制备工艺不仅性能上优于硅基芯片，而且可以实现量产。

此场战役，我们已经超越了美国，以明显的优势将美国甩在后面。但是我们依然需要继续努力，积极与国内的产商合作形成完整产业链，实现碳基芯片的商用，进入芯片新时代。