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来源见钱眼开网
2020-11-28 16:08:58

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早在2017年,国家集成电路产业投资基金总裁丁文武就表示:“中国芯片行业弯道超车的策略不现实 ,弯道超车的前提是大家在同一起跑线上”但是华为被断供之后,铺天盖地的“弯道超车”又卷土重来

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在这里,笔者梳理了一些常见的“弯道超车”误会 ,希望我们能坚定决心踏实发展,破除美国在相关领域的垄断和封锁01高估新技术潜力芯片产业化没这么简单传统的芯片使用的半导体基础材料是硅

大发棋牌手机版下载k其他的材料做芯片,尤其是一些新材料,在某些性能上会比传统芯片好得多美国国防高级研究计划局的电子复兴计划曾经拨款6100万美国给麻省理工学院的MaxShulaker教授团队,用于研究碳纳米管3D芯片Max教授2013年认为:“与传统晶体管相比,碳纳米管体积更小,传导性也更强,并且能够支持快速开关,因此其性能和能耗表现也远远好于传统硅材料”大发棋牌手机版下载k近期被热炒的中科院3nm晶体管和北大碳基芯片也属于这一类,共同的特点是用新材料取代传统的硅材料,在某些性能上拥有突出的表现2017年,北大彭练矛院士团队研制了高性能5nm(纳米)栅长碳纳米管CMOS器件,并发表在权威期刊《Science》上根据研究 ,其工作速度3倍于英特尔最先进的14nm商用硅材料晶体管 ,能耗却只有硅材料晶体管的1/4

因此近期某些媒体认为,中国将通过碳基芯片和中科院的3nm晶体管实现弯道超车真的是这样吗?像这样说的人,其实隐含了一个判断,即:近几年来 ,作为计算机核心的CPU的单核性能不再像过去一样大幅提高,是因为硅半导体材料的力学、化学和电学性能不行

但事实是,制约CPU主频提高的因素是芯片功耗障碍和带宽障碍 ,这些都不是靠换材料能够解决的以主频的提高为例,130nm工艺之后,芯片电路延迟随晶体管缩小的趋势越来越弱

伴随而来的就是主频的提升越来越难,目前制约主频的主要因素已经成为连线时延而非晶体管的翻转速度随之制程的减小,门延迟降低而连线延迟上升现今CPU的主频提高早已由门延迟主导变为连线延迟主导,连线延迟通俗的说就是电流在CPU中流动产生的延迟

由于电子以接近光速传播,没有更快的可能了,想要优化只能让CPU性能上升的情况下,还得简化其结构,引入新的材料并不能解决面临的这一难题相反,以石墨烯构建芯片还面临着与旧生态不兼容 、加工困难的问题无论是中科院的殷华湘团队还是北大彭练矛院士团队,目前的成果还停留在单个晶体管的层面就算发表的成果保守一些,实际上也不会超过上万个晶体管集成电路的水平

大发棋牌手机版下载k与主流芯片动辄几亿、几十亿晶体管存在巨大的差距而唯一能做出芯片级成果的MaxShulaker教授团队 ,也没能彻底解决碳基芯片的良率问题

该教授2017年发表在《自然》杂志论文中报告的芯片,拥着四个集成电路层,并拥有5个子系统其中负责实验样品蒸汽数据采集、传输和处理的部分是碳纳米晶体管构建的,而电阻随机存储单元(RRAM)和接口电路是由硅晶体管构建的

毫无疑问,这是一个碳基+硅基组合型的气味探测芯片,而不仅仅是碳纳米晶体管构成的MaxShulaker教授的组合型芯片这一芯片号称集成的200万个碳纳米晶体管也有很大的水分

大发棋牌手机版下载k该芯片只有气味传感器中使用了碳纳米晶体管,而气味传感器的容错性是非常强的,100万个气味传感器传感器中即使损坏一半也不会对芯片产生毁灭性的影响但是芯片的逻辑部分绝对接受不了这样的良率最后,我们不能太低估传统工艺根据彭练矛院士团队研究,5nm碳纳米管的速度是英特尔14nm的三倍

我们假设这个速度差距,完全可以变为芯片主要频率的差距之所以拿主要频率做例子,因为这是目前半导体发展的主要瓶颈

按工艺代数算,5nm差不多比14nm领先三代,而14nm又比40nm领先三代从40nm进步到14nm,CPU和GPU的主要频率都增加了大约1倍(当然这主要是因为设计上的进步)

大发棋牌手机版下载k照这么算,新材料芯片同进程最多比硅芯片快50%当然这是很大的优势,但是考虑到新材料芯片的设计、制造和生态都很不成熟