关注华为研发芯片新技术，不用光刻机也能量产

浪浪沙

华为应用开发
在传统的芯片制造路线中，是采用硅材料生产硅基芯片，其性能已经达到了5nm及以下的水准。甚至台积电和三星都在冲刺3nm，未来还会攻克2nm。但是越往下越难，对EUV光刻机也有极大的依赖。



而华为研发芯片新技术，在芯片堆叠以及光量子等新型芯片领域进行探索。业内对这些芯片有哪些成果呢？新型芯片能打破摩尔定律吗？



光量子，光电芯片的探索



半导体发展了半个世纪，从人类发现晶体管，集成电路，并打造出微电子芯片以来，芯片制造已经从微米发展到纳米水准。并且实现7nm，5nm和4nm等水准。


三星更是实现了3nm的量产，台积电也会在今年下半年突破3nm量产工艺。然而芯片制程的路还在继续，台积电已经确定会在2025年量产2nm芯片，并且采用更先进的ASML高数值孔径系统EUV光刻机，实现2nm的芯片生产。


可是再先进的芯片，在硅材料物理规则的限制下，也终有到达性能顶点的一天。五年，十年以后，如果芯片制程不能继续突破，芯片还有探索空间吗？其实是有的。可以在硅材料之外发展新的制造技术，挖掘新的材料。



而华为就展开了布局，比如研发出了芯片堆叠技术，用先进封装工艺将两颗芯片堆叠在一起使用，虽然会牺牲芯片面积，但是能换取不错的性能提升。


另外华为也在光量子芯片进行布局，使用光量子芯片或不用光刻机也能量产。


因为光量子芯片采用的材料与传统的硅基芯片不同，而且光量子芯片的传输速度比硅基芯片更快，在实现相同性能的情况下，不需要顶级半导体设备也能达到媲美硅基芯片的效果。


业内对这类光量子芯片，光电芯片的探索越来越多。德国企业曾组建光量子芯片的技术联盟，打造光子集成电路。


在国内，中科大郭光灿研究团队基于光子能谷霍尔效应，实现量子干涉，为中国发展光量子芯片积累更多的经验。


值得一提的是，美国对光量子芯片也十分感兴趣，一度提出技术共享的要求。说好听点是技术共享，实则就是想要不劳而获的索要技术。但国内辛辛苦苦研发的技术自然不会轻易共享，更何况美国对中国半导体频频采取措施，也不见得有共享的想法。


在光电芯片方面，中国研发团队也传来好消息。由南京大学张勇，肖敏等组成的研发团队在光电芯片领域取得重大突破，发明全新的" 非互易飞秒激光极化铁电畴 " 技术。


这项技术可以将飞秒激光的光衍射极限压缩到30nm的水准。这是业内首个从微米到纳米级水准的突破，为光电芯片的发展奠定一定的基础。

光电芯片是业内正在积极探索的方向之一，但是过往的一些探索研究只停留在理论阶段，真正从实验室走向实践的成果并不多。希望能有更多的研究成果落地，让光量子，光电芯片能实现产业化发展。



新型芯片能打破摩尔定律极限吗？



市面上的芯片种类多达上万种，根据需求和应用领域不同，各式各样的芯片被生产出来，发挥价值。尤其是在智能手机，电脑等消费电子产品，往往需要用上7nm，5nm的高端芯片才能满足需求，但是相关的弊端也显现出来。


一方面高端芯片制造成本大，单单是采购一台EUV光刻机设备就得花费1.2亿美元。


另一方面高端芯片越往下越难，持续下探会面临功耗压不住的情况，成本与使用效益未必能成正比。


另外高端芯片会遇上摩尔定律的极限，到2nm，1nm的水准，基本上就触及硅基芯片的物理规则顶点了。按照摩尔定律的理念来看，集成电路的晶体管每隔两年就会翻倍。但是到了极限以后，晶体管数量无法继续提升，也就难以发挥出更高的性能了。



那么新型芯片能打破摩尔定律极限吗？理论来看的话，或许有这个可能。以光电芯片为例，这种芯片以光子作为传输的媒介，光子的传输速度大于电子，因此更容易提升性能。




当然，要想形成全新的光量子，光电芯片产业链还需要时间沉淀，毕竟硅基芯片产业链发展了几十年，各种创造出来的半导体设备，材料都是基于硅基芯片发展的。所以要想将新型芯片推动成庞大的产业链市场，还得厚积薄发。



但前期的积累同样很重要，也许别人刚起步的时候，我们已经做好必要的准备了。



总结

华为与中国科研团队都在研发光量子，光电等新型芯片，不用光刻机也能实现量产。美国不断在芯片领域采取措施，只因为在传统的硅基芯片有深厚的专利积累。但是在新型芯片，美国也在起步阶段。若国内把握新型芯片核心技术，相信会带来不一样的产业效果。