近幾年，硅光芯片被廣為提及，從概念到產品，它的發展速度讓人驚歎。硅光芯片作為硅光子技術中的一種，有著非常可觀的前景，尤其是在5G商用來臨之際，企業紛紛加大投入，搶佔市場先機。硅光芯片的前景真的像人們想象中的那樣嗎？
芯片產業發展現狀
在當今的信息科技時代中，芯片產業被比喻為信息產業發展的“心臟”，即提供發展動力的核心。當然，隨著芯片產業的不斷改善、進步與完善，如今芯片產業已經有了完整的產業鏈，它包括前期的設計、製造、封裝以及測試等。
據瞭解，我國一年製造的手機、計算機以及機器人等電子設備數量高達數百億，穩居全球第一，這也使得我國成為了全球最大的芯片需求市場。而在形勢一片大好的局勢下，國內芯片自給率卻僅僅只有一成，換句話說，我國90%的芯片都來自於進口。此外，在物聯網、自動駕駛、VR以及AI等智能終端產業的帶動下，國內芯片產業迎來了長足的發展。
硅光芯片的產業化難題
芯片發展的趨勢，可以簡單總結為：體積更小、性能更強。要朝這個方向發展，就要讓芯片單位面積上集成的元器件數量更多。元器件尺寸越小，芯片上能集成的元器件就自然越多，當然這同時也意味著更高的製造難度。
這就好比房間越來越小，但裡面要裝的東西卻越來越多，不管採用什麼樣的“收納”方式，總有一天，這個房間會“過載”。
漏電和散熱不佳，就是硅芯片“過載”產生的問題。
實際上，這兩個問題並不是在當前芯片製程工藝走到了7nm這一時期，才突然出現的。在硅芯片發展歷程中，這樣的問題也多次出現，但各大廠商都用各種方式巧妙解決了。運用新的材料，就是其中一種方法，比如用鍺硅等元素作為信道的材料。但如何將不同的材料整合到硅基板上，也是一項挑戰。
即使現在的7nm芯片並沒有像過去預測的那樣，達到硅芯片的物理極限，但硅的物理極限是必然存在的。
芯片的下一個“根本性”的突破，就是找到新的材料。
石墨烯是最突出的一個
之所以看好石墨烯，是因為它除了“二維”這個屬性外，還有一個身份——碳納米材料。早在2012年就有人說，未來半導體工業可能從“硅時代”進入“碳時代”。碳納米材料石墨烯可能在未來代替原來的硅基材料。
碳納米管是由石墨烯片捲成的無縫、中空的管體，導電性能極好，而且管壁很薄。因此，理論上在同樣的集成度下，碳納米管芯片能比硅芯片更小；此外，碳納米管本身產熱很少，加上有良好的導熱性，因此能夠減少能耗；此外，從開採成本考量，碳的分佈廣泛，獲取成本並不高。
更重要的是，石墨烯作為人類最早發現的二維材料，其應用已經在屏幕、電池、可穿戴設備上出現，石墨烯的研究已經到了相對成熟的階段。因此，石墨烯最為有望成為新的主流芯片材料，取代硅的地位。
目前中國自主研發的傳統芯片，還在28nm到14nm製造工藝的商業化量產轉化過程中，與國際先進水平還有較大的差距。但這都是建立在硅作為芯片主要材料的基礎上來說的，如果未來碳納米材料能夠成為主流，那麼中國是否有機會在這個節點上，實現彎道超車？
首先，中國的碳納米管器件研究與國際前沿水平差距不大。國際上最早實現碳納米管器件製備的是IBM，2017年IBM通過使用碳納米管將晶體管尺寸縮小到40nm；同年，北京大學研製了120nm的碳納米管晶體管，在0.8伏特電壓下的跨導，為已發表的碳納米管器件中的最高值。
但任何技術的發展都不會一帆風順。石墨烯在芯片製造領域的應用面臨著三大難題：首先，目前高純度的石墨烯還比較難獲得；其次，石墨烯晶圓的製造也十分困難，雖然現在中國已經率先實現石墨烯單晶晶圓的規模化製備，但在當前的製作工藝下，還是容易出現褶皺、點缺陷和汙染的情況；最後，要讓納入器件的石墨烯能夠繼續保持其優良的性能，其他相關的製作工藝和材料也需要與之配套迭代，才能保證以石墨烯為原料的芯片得以穩定運行。
簡單總結來說，石墨烯還是一個比較新的材料。要想讓石墨烯能夠真正替代硅，成為芯片的主流材料，在製造工藝以及配套器件的技術跟進上，還有許多難題需要解開。
對中國而言，在技術新舊交替的節點上，無疑存在著彎道超車的機會。但需要正視的問題是：國內對新概念往往過於狂熱。石墨烯在芯片等眾多領域確實大有潛力，但從發現潛力到產業化，中間需要的是腳踏實地的研究，也需要大眾對新技術研發失敗的包容。
中國芯片的彎道超車，不僅僅需要“新”材料，更需要的是“新”的產學研體系，以及更加開放包容的投資環境。
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