En general, la investigación extranjera sobre transistores de nanotubos de carbono todavía está por delante de nosotros. En 2013, un equipo de investigación del MIT publicó una computadora con nanotubos de carbono compuesta por 178 transistores que solo podía ejecutar instrucciones simples. En 2019, el equipo del MIT logró crear un procesador completo compuesto por 14.000 transistores de nanotubos de carbono. En 2017, China fabricó un procesador basado en 2.500 transistores de nanotubos de carbono, con un rendimiento general comparable al Intel 4004. En cuanto a si en 2019 se desarrollarán procesadores nacionales que integren más transistores de nanotubos de carbono, actualmente no hay ningún informe.
Debido a que los nanotubos de carbono tienden a agruparse, el equipo del MIT utilizó un proceso de despegue para evitar que los nanotubos se agruparan, lo que impediría que el transistor funcionara correctamente. Debes saber que la frecuencia principal de la CPU fabricada por el equipo del MIT es de solo 1 Mhz, y la frecuencia principal del primer procesador 80386 sigue siendo de 16 Mhz. Esto no significa que el rendimiento de las computadoras fabricadas con nanotubos de carbono en 2019 sea solo equivalente. al de los procesadores de transistores de silicio fabricados en 1985. Esta brecha es demasiado grande. Todavía queda un largo camino por recorrer antes de la practicidad. Debido a que el canal entre el transistor de nanotubos de carbono y el tamaño del transistor de nanotubos de carbono es demasiado grande, el transistor de nanotubos de carbono puede contener menos corriente y menos carga. El ancho del canal en el procesador de transistores de nanotubos de carbono de 14.000 construido en el MIT es de 1,5 micrones, muy lejos de los niveles nanométricos actuales. Sólo reduciendo el volumen de los transistores de nanotubos de carbono y la distancia entre canales se puede mejorar el rendimiento general.
En China, en 2017 se desarrolló un transistor de nanotubos de carbono con una longitud de puerta de 5 nm y, recientemente, se desarrolló un transistor de nanotubos de carbono con una longitud de puerta de 3 nm. Se puede decir que la miniaturización de los transistores de nanotubos de carbono ha llegado muy lejos en China. Alrededor de 2007, la frecuencia principal de los procesadores fabricados con transistores de nanotubos de carbono nacionales llegaba a 5 Ghz, mucho más alta que la de los procesadores fabricados en el extranjero en 2019. A juzgar por los productos extranjeros relacionados, todavía no está claro hasta qué punto ha alcanzado la longitud de la red de nanotubos de carbono. Sin embargo, se puede ver que en la investigación y el desarrollo de nanotubos de carbono, la tecnología nacional al menos no es mucho peor que la tecnología extranjera y es probable que se desarrolle simultáneamente.
¿Pueden los chips semiconductores basados en carbono realmente ayudar a los chips chinos a superar las restricciones occidentales? ¿Dejar de depender de ASML de ahora en adelante?
Deberíamos ver las noticias recientes. El 26 de mayo de 2020, el Instituto de Investigación de Circuitos Integrados a Base de Carbono Yuanxin de Beijing anunció que había resuelto el cuello de botella que durante mucho tiempo ha afectado la preparación de materiales semiconductores a base de carbono. Tan pronto como salió la noticia, inmediatamente llamó nuestra atención, así que nos reunimos y pensamos que los chips semiconductores a base de carbono definitivamente ayudarían a los avances en chips de China y romperían las restricciones occidentales. A partir de entonces, ya no dependió de ASML.
Comprenda la situación actual: los países occidentales tienen el monopolio de los materiales a base de silicio, pero nuestra ventaja en estos materiales a base de silicio es muy baja en China; algunos materiales clave están monopolizados por la tecnología nacional. En este momento, si desea romper las limitaciones, debe encontrar nuevas ideas, por lo que lo que estamos esperando es: ¿Pueden los semiconductores a base de carbono reemplazar los materiales a base de silicio en el futuro?
De hecho, algunos expertos dijeron que debido a la estructura estable de las moléculas de carbono, es difícil para Corea del Norte cambiar sus propiedades dopando con otras sustancias como materiales de silicio. Por tanto, todavía queda un largo camino por recorrer para hacer realidad la industrialización de los nanotubos de carbono. Sin embargo, ahora, el avance logrado por el Instituto de Investigación de Circuitos Integrados a Base de Carbono Yuanxin de Beijing nos da una gran esperanza.
Los semiconductores basados en carbono tienen menores costes, menor consumo de energía y mayor eficiencia. Si podemos romper las limitaciones de los materiales semiconductores basados en silicio y encontrar un nuevo camino hacia los semiconductores basados en carbono, nuestra investigación y desarrollo de chips puede ser más significativo.
De hecho, como materiales de refuerzo se utilizan fibras cerámicas (tejidos) como las fibras de carbono (tejidos) o el carburo de silicio. De hecho, los nanotubos de grafeno, biocarbón y carbono que conocemos son todos materiales a base de carbono. Así que las aplicaciones reales de los materiales basados en carbono todavía están lejos de corresponder a nuestra realidad, pero hemos dado un paso adelante.
En términos de procesamiento de chips, los chips de tecnología basada en carbono tienen mayor velocidad y menor consumo de energía. Se pueden aplicar a muchos campos en el futuro, como la defensa nacional, la meteorología y los problemas de la telefonía móvil. chips y chips de computadora que necesitamos resolver urgentemente ahora. Aquí debemos saber que, en comparación con las tecnologías extranjeras, la investigación de mi país sobre tecnología basada en carbono fue anterior. La tecnología actual se basa en la tecnología CMOS basada en carbono no dopado propuesta por el académico Peng Lienmao hace 20 años.
Así que no nos preocupa que nos limitemos a la tecnología extranjera, porque nuestra tecnología mira hacia el futuro. De hecho, nuestra tecnología de chips todavía es limitada en la actualidad, especialmente en términos de máquinas de litografía ASML. Debido a la falta de tecnología, el proceso es limitado.
Por lo tanto, nuestra suposición es que es probable que los materiales a base de carbono rompan los grilletes de las máquinas de litografía ASML y los chips europeos y americanos en el futuro y creen nuestra propia tecnología de chips.
Gracias por tu pregunta. Los chips globales basados en carbono todavía están avanzando hacia la producción en masa.
Los chips basados en carbono se encuentran actualmente en fase de laboratorio. IBM e Intel han estado explorando teorías basadas en el carbono durante años, pero Intel no ha tenido éxito. IBM e Intel dieron el siguiente paso y utilizaron un proceso de "dopaje" para fabricar transistores de nanotubos de carbono. A nivel nacional, el equipo de los profesores Peng Lianmao y Zhang Zhiyong ha logrado grandes avances en la preparación de materiales semiconductores a base de carbono y ya está liderando el mundo, pero solo avanza hacia la industrialización.
Los resultados de laboratorio están lejos de la realidad. Para lograr realmente la implementación y comercialización de chips globales a base de carbono, además de contar con fondos suficientes, los chips existentes deben ser compatibles. Tomar prestado directamente los procesos existentes de la industria de semiconductores puede acelerar en gran medida el proceso de industrialización de los chips a base de carbono.
La tecnología basada en el carbono requiere la participación de las empresas. El Instituto de Investigación de Circuitos Integrados a Base de Carbono de Beijing ha estado a la vanguardia de la tecnología basada en carbono. Su desarrollo en los próximos 10 años requerirá al menos 2 mil millones de yuanes de inversión en I+D. Esto requiere que las empresas conecten la industria, la academia y la investigación. Necesito entender el valor. Alibaba y Tencent planean invertir cientos de miles de millones de yuanes en nueva infraestructura y participar en servicios en la nube y diseño de chips. Se espera que la participación de empresas tecnológicas líderes en circuitos integrados "basados en carbono" ayude a acortar el tiempo de comercialización de la tecnología nacional basada en carbono. Desde una perspectiva global, la intervención temprana de las empresas tecnológicas es muy importante.
Atención, críticas y correcciones son bienvenidas.
En primer lugar, no ha habido avances en la investigación extranjera porque ninguna empresa ha invertido dinero y las ganancias de los chips de Qualcomm son muy altas. ¿Quién invertiría mucho dinero en un proyecto que aún no sabe si tendrá éxito?
En el período exploratorio, la tecnología está lejos de estar madura y aún está lejos de ser un producto maduro.