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。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Max Shulaker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。

余鹏鲲:中国发展半导体能“弯道超车”?误会有点太多了

Max Shulaker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。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)。

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。仅仅快一点,是扭转不了现有的半导体产业几十年发展所产生的惯性的。

还有一种误会是,中国产业真的取得了新的突破,但新技术的潜力被宣传夸大了,成为又一被“弯道超车”的对象。