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彎道超車?「中國芯」迎來「突破」好消息,光刻設備也解決了
2022/10/22
2022/10/22

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芯片的種類非常多,根據材料,制造技術的不同,發揮出來的效益也是不一樣的。市面上大部分的芯片都屬于電子芯片,采用硅材料制作而成。

而硅基核心技術掌握在外部供應商手中,想要破局的話可以嘗試換道出發,改用其它材料研制芯片。

關于這一點,砷化鎵等材料制成的光子芯片迎來突破的好消息,這是怎樣的突破進展呢?光子芯片會替代電子芯片嗎?

光子芯片的彎道超車

每一代半導體材料的發展都會延伸出新的產業模式,硅(Si)是第一代半導體材料的代表,硅芯片被廣泛應用于生活中的每一個角落。電視、電腦、手機、平板、汽車等等使用的芯片均采用硅材料制作而成。

這種IC的微電子器件也被俗稱為電子芯片,基于硅材料構成了龐大的信息技術體系。人類通過硅發展芯片長達半個世紀,時至今日硅基電子芯片已經在朝著3nm制程的方向發展了。

到了這一層次,芯片每秒的計算能力可以達到數以萬億次。不過硅并不是唯一造芯片的材料,而且也存在性能瓶頸的缺陷。

相反,第二代和第三代半導體材料的應用潛力正在崛起。第二代半導體材料常見的包括砷化鎵(GaAs),銻化銦(InSb),而第三代的主要有以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等等。

在這些材料中,每一種都有各自的應用性能和潛力。相比之下,第二代半導體材料更容易應用于通訊、5G、人工智能、自動駕駛等高性能計算領域,因為制成的光子芯片傳輸速度遠大于電子芯片。

國內已經對光子芯片展開大力探索,基于光子快于電子的特性,它的優勢非常明顯。一方面是光子芯片的計算速度比電子芯片快1000倍,且功耗更低。

另一方面光子芯片對高端光刻機設備沒有太大的依賴,這意味著制造光子芯片把光刻設備的問題也解決了。

所以業內將光子芯片視為彎道超車的希望載體,對光子芯片寄予厚望。不過理論總要走向實踐,光子芯片有理論上的優勢特性,又能否走向現實呢?答案是可以。

因為光子芯片迎來突破的好消息,根據媒體報道,我國會在2023年建成國內首條多材料,跨尺寸的光子芯片生產線,目前正處于籌備階段,有望填補在光子芯片晶圓代工領域的空白。

光子芯片從理論到現實只差一條生產線了,只要生產線建成,就能批量制造光子芯片,并應用于產業鏈領域中,從而實現光子芯片的彎道超車。

在電子芯片成為主流的情況下,光子芯片要想形成完整的供應鏈生產模式可能還需要時間。

首先從外延設計開始,就需要設定好光子芯片的集成線路分布,其次在制備環節需要應用到各式各樣的材料技術,雖然不需要頂級的EUV光刻機支持,但既然是造芯片,就離不開設備。

所以解決這些產業鏈的問題,才有望推進光子芯片的持續向前。好在光子芯片對高端制程技術的要求不高,幾百納米的成熟工藝技術就能支撐光子芯片生產,大大降低了入局的門檻。

光子芯片會替代電子芯片嗎?

電子芯片發展了幾十年,從低端的微米制程到高端的5nm,4nm,每一代制程的突破都是電子芯片性能的飛躍。不過電子芯片很明顯的一點就是越來越難,會發現台積電原本可以每年推出一代工藝,可到了5nm以下,進程速度放緩了。

尤其是3nm,遲遲不見台積電量產的動作,而且還將3nm劃分了4個工藝版本,并用這4個版本過渡到2025年量產2nm。

如果電子芯片的制程發展到盡頭了,再想突破的話要麼改用先進封裝技術,要麼用其它的材料持續發力,就像光子芯片。

既然光子芯片有如此大的潛力,它能替代電子芯片嗎?顯然是不可能的。

首先電子芯片已經形成完整的產業鏈模式,背后是千億美元產值的市場。看似不起眼的電子芯片卻能牽涉全球供應商,站在他們的角度,肯定不會舍棄對千億美元市場的布局。

其次電子芯片作為集成電路的主要載體,在手機、PC端、伺服器端等等應用場景已經形成最好的使用效率。

在這樣的信息技術體系中,想要促成其它的半導體材料保持相同的地位,幾乎是不可能的。而且光子芯片的定位更像是補充,而非替代。光子芯片可以和電子芯片互補,為各行各業的發展帶來更好的景象。

寫在最后

「中國芯」迎來「突破」的好消息,光子芯片的生產線將在明年建廠,這類光子芯片在應用場景中可以發揮出比電子芯片更快的計算速度,且功耗表現更低。如果能大力挖掘光子芯片的潛能,相信會帶來不一樣的產業現狀。

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