近几年，硅光芯片被广为提及，从概念到产品，它的发展速度让人惊叹。硅光芯片作为硅光子技术中的一种，有着非常可观的前景，尤其是在5g商用来临之际，企业纷纷加大投入，抢占市场先机。硅光芯片的前景真的像人们想象中的那样吗？
芯片产业发展现状
在当今的信息科技时代中，芯片产业被比喻为信息产业发展的“心脏”，即提供发展动力的核心。当然，随着芯片产业的不断改善、进步与完善，如今芯片产业已经有了完整的产业链，它包括前期的设计、制造、封装以及测试等。
据了解，我国一年制造的手机、计算机以及机器人等电子设备数量高达数百亿，稳居全球第一，这也使得我国成为了全球最大的芯片需求市场。而在形势一片大好的局势下，国内芯片自给率却仅仅只有一成，换句话说，我国90%的芯片都来自于进口。此外，在物联网、自动驾驶、vr以及ai等智能终端产业的带动下，国内芯片产业迎来了长足的发展。
硅光芯片的产业化难题
芯片发展的趋势，可以简单总结为：体积更小、性能更强。要朝这个方向发展，就要让芯片单位面积上集成的元器件数量更多。元器件尺寸越小，芯片上能集成的元器件就自然越多，当然这同时也意味着更高的制造难度。
这就好比房间越来越小，但里面要装的东西却越来越多，不管采用什么样的“收纳”方式，总有一天，这个房间会“过载”。
漏电和散热不佳，就是硅芯片“过载”产生的问题。
实际上，这两个问题并不是在当前芯片制程工艺走到了7nm这一时期，才突然出现的。在硅芯片发展历程中，这样的问题也多次出现，但各大厂商都用各种方式巧妙解决了。运用新的材料，就是其中一种方法，比如用锗硅等元素作为信道的材料。但如何将不同的材料整合到硅基板上，也是一项挑战。
即使现在的7nm芯片并没有像过去预测的那样，达到硅芯片的物理极限，但硅的物理极限是必然存在的。
芯片的下一个“根本性”的突破，就是找到新的材料。
石墨烯是最突出的一个
之所以看好石墨烯，是因为它除了“二维”这个属性外，还有一个身份——碳纳米材料。早在2012年就有人说，未来半导体工业可能从“硅时代”进入“碳时代”。碳纳米材料石墨烯可能在未来代替原来的硅基材料。
碳纳米管是由石墨烯片卷成的无缝、中空的管体，导电性能极好，而且管壁很薄。因此，理论上在同样的集成度下，碳纳米管芯片能比硅芯片更小；此外，碳纳米管本身产热很少，加上有良好的导热性，因此能够减少能耗；此外，从开采成本考量，碳的分布广泛，获取成本并不高。
更重要的是，石墨烯作为人类最早发现的二维材料，其应用已经在屏幕、电池、可穿戴设备上出现，石墨烯的研究已经到了相对成熟的阶段。因此，石墨烯最为有望成为新的主流芯片材料，取代硅的地位。
目前中国自主研发的传统芯片，还在28nm到14nm制造工艺的商业化量产转化过程中，与国际先进水平还有较大的差距。但这都是建立在硅作为芯片主要材料的基础上来说的，如果未来碳纳米材料能够成为主流，那么中国是否有机会在这个节点上，实现弯道超车？
首先，中国的碳纳米管器件研究与国际前沿水平差距不大。国际上最早实现碳纳米管器件制备的是ibm，2017年ibm通过使用碳纳米管将晶体管尺寸缩小到40nm；同年，北京大学研制了120nm的碳纳米管晶体管，在0.8伏特电压下的跨导，为已发表的碳纳米管器件中的最高值。
但任何技术的发展都不会一帆风顺。石墨烯在芯片制造领域的应用面临着三大难题：首先，目前高纯度的石墨烯还比较难获得；其次，石墨烯晶圆的制造也十分困难，虽然现在中国已经率先实现石墨烯单晶晶圆的规模化制备，但在当前的制作工艺下，还是容易出现褶皱、点缺陷和污染的情况；最后，要让纳入器件的石墨烯能够继续保持其优良的性能，其他相关的制作工艺和材料也需要与之配套迭代，才能保证以石墨烯为原料的芯片得以稳定运行。
简单总结来说，石墨烯还是一个比较新的材料。要想让石墨烯能够真正替代硅，成为芯片的主流材料，在制造工艺以及配套器件的技术跟进上，还有许多难题需要解开。
对中国而言，在技术新旧交替的节点上，无疑存在着弯道超车的机会。但需要正视的问题是：国内对新概念往往过于狂热。石墨烯在芯片等众多领域确实大有潜力，但从发现潜力到产业化，中间需要的是脚踏实地的研究，也需要大众对新技术研发失败的包容。
中国芯片的弯道超车，不仅仅需要“新”材料，更需要的是“新”的产学研体系，以及更加开放包容的投资环境。

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