早晨醒來第一件事（或任何時(shí)候）是不是拿手機(jī)看時(shí)間或看有沒有錯(cuò)過電話短信微信等等刷存在感？如果是，請繼續(xù)看下去。

以下設(shè)備你用過多少種？手機(jī)、電腦/筆記本/平板電腦、機(jī)頂盒、電視機(jī)、打印機(jī)、微波爐、電熱水壺、洗衣機(jī)、冰箱、電子門禁、智能卡（比如智能公交卡、銀行借記卡/信用卡）、電梯、地鐵。如果答案不是零，你就應(yīng)該知道，這些設(shè)備有一個(gè)共同點(diǎn)：芯片是它們的核心或重要組件。并且，以上還只是一部分需要用到芯片的設(shè)備而已，并不是全部?！谖覀冇兴X察以前，芯片已經(jīng)無處不在。

如果說鋼鐵是工業(yè)時(shí)代的基石，那么信息時(shí)代的基石就是半導(dǎo)體材料，這是芯片的核心。因此，早在1990年代，中國就試圖打造屬于自己的芯片產(chǎn)業(yè)，但由于投資分散于130個(gè)加工廠、橫跨15省，一直未能形成協(xié)調(diào)的產(chǎn)業(yè)鏈。20余年后，進(jìn)入21世紀(jì)第二個(gè)十年，由國務(wù)院牽頭，工信部、科技部、財(cái)政部、發(fā)改委這四大部委協(xié)作制定新的發(fā)展規(guī)劃和政策，決心振興芯片產(chǎn)業(yè)。與此前不同，這次參與規(guī)劃的除了國家部委，還有產(chǎn)業(yè)內(nèi)的龍頭企業(yè)，并由國務(wù)院副總理馬凱掛帥。

2014年6月，《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》（以下簡稱《綱要》）發(fā)布，集成電路產(chǎn)業(yè)作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，被定義為支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，9月，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金成立，首期規(guī)模達(dá)到1200億元。為避免之前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不成體系的的問題，此次政府明確了要聚焦于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)（設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，加工，組裝，測試），并在每個(gè)環(huán)節(jié)培育龍頭企業(yè)。例如，中芯國際在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建立300mm生產(chǎn)線，由北京市經(jīng)信委、中科院微電子所和北京市政府共同投資12億美元。

對于中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，這是一個(gè)好的時(shí)代，也是一個(gè)壞的時(shí)代。

好的方面是，2015年，中國集成電路銷售收入接近3600億元，超過《綱要》的3500億元目標(biāo)。中國已經(jīng)成為世界最大半導(dǎo)體消費(fèi)國，購買全球約45%的芯片，用于本國或出口的各類設(shè)備。因而跨國集團(tuán)（從汽車，到工業(yè)控制，到生產(chǎn)設(shè)備）愿意較以往更多地在華設(shè)立設(shè)計(jì)中心，貼近用戶并更多地雇傭中國本地高水平研發(fā)人員。而隨著設(shè)計(jì)中心向中國遷移，中國很快就能影響全世界50%的半導(dǎo)體硬件設(shè)計(jì)。更重要的是，當(dāng)國際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)，比如三星、臺(tái)積電、德州儀器等，陸續(xù)在中國建廠，中國就有機(jī)會(huì)借助它們理順自己的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，使本地企業(yè)，比如上海華力微電子集團(tuán)、中芯國際、武漢新芯等，均能從這樣一個(gè)國際水平高科技生態(tài)圈獲益。

壞的方面是，中國每年芯片消耗量巨大，且其中超過90%依賴進(jìn)口。美國《財(cái)富》雜志今年2月報(bào)道，美國半導(dǎo)體三巨頭，英特爾、高通、蘋果，依舊占據(jù)3400億美元半導(dǎo)體年銷量的一半。路人皆知他們這一巨大優(yōu)勢在很大程度上源于他們掌握最先進(jìn)的技術(shù)，但中國也有一個(gè)現(xiàn)象間接有利于他們維持優(yōu)勢地位：由于中國市場巨大，近年擴(kuò)張速度快，且技術(shù)門檻較低，中國原始設(shè)備制造商（OEM）往往不愿意在技術(shù)創(chuàng)新上花力氣，更多地只看本土市場的銷售；數(shù)據(jù)顯示，2012年，中國OEM有54%產(chǎn)品是全新設(shè)計(jì)的，到了2016年，這一數(shù)據(jù)下降至28%，而同期為國際市場設(shè)計(jì)的產(chǎn)品比例也保持在較低的30%左右，這不是一個(gè)好的長期戰(zhàn)略。

在中國，盡管外資OEM和本土OEM的研發(fā)資金從2012年的1630億美元增至2015年的2280億美元，但麥肯錫2017年報(bào)告指出，這主要投入在IT和高科技產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)級(jí)研發(fā)和終產(chǎn)品設(shè)計(jì)（例如手機(jī)整機(jī)），作為制勝關(guān)鍵的最基本元器件研發(fā)沒有得到足夠重視。技術(shù)水平繼續(xù)落后世界領(lǐng)先水平5到6年。

2017年初，北京大學(xué)彭練矛教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)表在科研界頂級(jí)期刊《科學(xué)》上的一項(xiàng)結(jié)果，證明中國人有能力扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)狀：他們用新材料（碳納米管）制造出芯片的最基本元器件——晶體管，其工作速度3倍于英特爾最先進(jìn)的硅基商用器件，能耗卻只有對方的25%，且其他重要性能指標(biāo)也都占優(yōu)。同時(shí)，由碳晶體管打造的小規(guī)模集成電路也體現(xiàn)出優(yōu)于硅的性能，而晶體管的速度和能耗直接影響芯片的速度和能耗。如果將這一成果納入國家戰(zhàn)略，與國內(nèi)在芯片設(shè)計(jì)及加工等各方面的龍頭企業(yè)合作，聯(lián)手開發(fā)碳基芯片，那么，中國的芯片技術(shù)很可能實(shí)現(xiàn)換道超車。

我們是這樣分析的：成本方面，碳與硅同為地球上含量相當(dāng)豐富的元素，若按質(zhì)量算，碳的含量排第四位，硅排第八位，若按生產(chǎn)工藝算，碳基晶體管制備步驟僅為硅基晶體管的一半，碳基集成電路所需材料種類亦明顯少于硅基集成電路，這兩個(gè)特點(diǎn)均有助于降低生產(chǎn)成本，鞏固碳作為芯片材料的優(yōu)勢。

但有了換道超車的可能性只是一個(gè)起點(diǎn)，而盡管我們有了這樣好的一個(gè)起點(diǎn)，我們也意識(shí)到了工程化的困難。工程化之難，舉世公認(rèn)，以至于從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)品中間的這一環(huán)節(jié)得到了“死亡谷”的外號(hào)。

以英特爾為例，其在1968年成立之初，收到ArthurRock（美國資深投資人，是他為風(fēng)險(xiǎn)投資命名）250萬美元投資。在經(jīng)歷4年虧損之后，于1972年開始盈利，逐步走出死亡谷?；仡?960、1970年代，恰是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的開端，銷售單個(gè)晶體管都可以盈利，像英特爾這樣由資深專家組建的公司尚且要花費(fèi)四年時(shí)間才能開始盈利。時(shí)過境遷，如今的半導(dǎo)體行業(yè)競爭激烈，市場趨于飽和，利潤被不斷攤薄，麥肯錫分析，創(chuàng)業(yè)公司花個(gè)5年、10年甚至15年才開始盈利已是普遍現(xiàn)象。并且，由于過度競爭，造成投資回報(bào)率普遍低于投資人能接受的底線（8%）。因此，今天擺在我們面前的工程化死亡谷比起當(dāng)年更具有挑戰(zhàn)性，更加考驗(yàn)我們的決心。

仍以英特爾為例，其從1968年創(chuàng)立到2015年的研發(fā)費(fèi)用總計(jì)1257億美元。要想達(dá)成英特爾如今的成就，我們還有很長的路要走，因此我們建議，整合國內(nèi)企業(yè)和高校最先進(jìn)的技術(shù)，共同解決芯片各個(gè)部分的開發(fā)。那么，在已然相當(dāng)龐大的硅帝國面前，碳芯片如何起步、如何發(fā)展？

首先，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)近年出現(xiàn)一些重要變化，給碳芯片提供了機(jī)遇。從1995到2008年，是美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的黃金時(shí)代，SOX指數(shù)（反映美國半導(dǎo)體行業(yè)變化）曾一度三倍于S&P500指數(shù)，展現(xiàn)出半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)優(yōu)于其他行業(yè)的競爭力。而從2008年到2014年，這優(yōu)勢消失，兩大指數(shù)十分接近，主要原因是手機(jī)和計(jì)算機(jī)需求量下降。但自2015年以來物聯(lián)網(wǎng)開始快速發(fā)展，創(chuàng)造出對各類傳感器及相關(guān)芯片的巨大需求，極有可能重振芯片產(chǎn)業(yè)：在國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟中，48%的成員認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)將是未來推動(dòng)本產(chǎn)業(yè)排位前三甲的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力，17%的成員將其列為第一驅(qū)動(dòng)力。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)要用到的傳感器中的芯片，其結(jié)構(gòu)較計(jì)算機(jī)和手機(jī)芯片要簡單得多，并且，這是一個(gè)全新的市場，固化尚未出現(xiàn)。具體到技術(shù)層面，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)最需要的創(chuàng)新在于更低的能耗和更長的電池壽命，因?yàn)楦L的待機(jī)時(shí)間可以激發(fā)更多的需求和新的功能，而低能耗恰是碳芯片最厲害的特長之一。

從以上分析可見，物聯(lián)網(wǎng)傳感器芯片正適合成為碳芯片的切入點(diǎn)。

舉例：彭教授的團(tuán)隊(duì)已在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了碳材料的醫(yī)用傳感器，可以檢測血壓心跳和血糖等生化指標(biāo)，由于碳材料與人體存在高兼容性，且具有良好的柔韌性，這種傳感器可以完美貼合在皮膚上，而且可以做得很薄，讓人感覺不到它的存在，不會(huì)有異物感。這種傳感器同樣可以用于健身手環(huán)（fitnesstracker），其低功耗可以顯著延長手環(huán)續(xù)航時(shí)間。

再舉例：碳材料可以感光，用在夜視裝備上可以達(dá)到極高的清晰度，且對不發(fā)熱的物體也能成像，遠(yuǎn)勝于紅外熱像儀，還可以在濃霧中成像，這使它在汽車輔助駕駛系統(tǒng)中大有用武之地，以及打造最適合智慧城市的監(jiān)控?cái)z像頭。目前彭教授的團(tuán)隊(duì)已在開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)并取得重要進(jìn)展。

重點(diǎn)是，在當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造的六大市場中（可穿戴智能傳感器，智能家庭應(yīng)用，醫(yī)療電子，工業(yè)自動(dòng)化，汽車輔助駕駛，智慧城市），碳材料已經(jīng)確定可以切入其中四個(gè)。

大數(shù)據(jù)時(shí)代對數(shù)據(jù)中心的大量需求也是碳材料的切入點(diǎn)，因?yàn)樘疾牧洗鎯?chǔ)器功耗低，將顯著減小數(shù)據(jù)中心的巨額散熱費(fèi)用。此外，NAND存儲(chǔ)器的3D化架構(gòu)也是碳材料的優(yōu)勢之一。不過這個(gè)方向或許不是很理想，因?yàn)榇鎯?chǔ)器行業(yè)一直存在供給過剩，大幅擠壓了利潤空間。隨著行業(yè)從25nm結(jié)點(diǎn)向20nm結(jié)點(diǎn)邁進(jìn)，新一波的產(chǎn)能過剩已經(jīng)開始。

長久以來，整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)（芯片、存儲(chǔ)器等等）遵循摩爾定律，不斷縮小晶體管尺寸以提升性能，創(chuàng)造新的產(chǎn)品，已經(jīng)打造出一個(gè)年收入（稅前，利息前）2500億美元的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，包括芯片等半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)及相關(guān)的產(chǎn)業(yè)（例如芯片加工設(shè)備）。隨著摩爾定律即將到達(dá)終點(diǎn)，晶體管尺寸不能再縮?。ㄒ呀?jīng)達(dá)到物理極限），整個(gè)生態(tài)圈所有的環(huán)節(jié)就面臨另謀出路的問題：過去，半導(dǎo)體企業(yè)爭的是更高的性能

和更快的技術(shù)升級(jí)，現(xiàn)在低成本成為區(qū)分成敗的標(biāo)尺。這里再次提出碳材料的第三大優(yōu)勢——低成本，可以認(rèn)為，誰先掌握碳芯片技術(shù)，誰就可能在新一輪角逐中勝出。

反觀近年來中國的半導(dǎo)體技術(shù)快速升級(jí)，主要靠巨額收購，但這種方法并不能帶來最新的技術(shù)。中國的汽車工業(yè)就是前車之鑒，強(qiáng)制外資車企與本地車企共享技術(shù)，結(jié)局卻是國內(nèi)車企嚴(yán)重依賴外資。2016年美韓等國相繼出臺(tái)政策法規(guī)阻止中國收購半導(dǎo)體核心技術(shù)，使收購之路更加行不通。

一個(gè)可資借鑒的例子是韓國三星如何從后趕上、一路發(fā)展成為現(xiàn)在具備芯片加工能力的三大頂級(jí)企業(yè)之一，他們靠的就是巨額研發(fā)投入外加人才引進(jìn)，還有堅(jiān)韌的耐心度過漫長的低收入階段。

也許有人認(rèn)為，用過時(shí)技術(shù)也能制造出某些芯片來滿足國內(nèi)市場需求（還要結(jié)合限制進(jìn)口才能實(shí)現(xiàn)），但這不能讓我們在國際市場上形成競爭力。要記住，如同《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》所說，半導(dǎo)體是這樣一個(gè)行業(yè)：排名第一第二的公司攫取全部利益，其他公司全部虧損。

關(guān)于碳基芯片的研發(fā)要不要走工程化環(huán)節(jié)、還是說停留在實(shí)驗(yàn)室階段就算了，彭教授自己說了這樣一番話：若說看不到追趕國際先進(jìn)企業(yè)的路也就罷了，現(xiàn)在已經(jīng)看得見前面有亮光，只是不確定循著亮光走下去這路會(huì)不會(huì)很崎嶇、很漫長，然而如果就此停步，真是我們想要的嗎？

——回想工業(yè)時(shí)代我們的前輩那么努力要擺脫鋼鐵的對外依存度，等到進(jìn)入信息時(shí)代，我們反而不介意集成電路繼續(xù)依賴進(jìn)口么？