中國芯片挑戰(zhàn)量子時(shí)代　量子器件花落北京

    腦電波的每一個(gè)微小的變化都被一一記錄；電腦CPU價(jià)格更便宜能耗更低，性能卻在5倍10倍的增長；效率極高的半導(dǎo)體快速光源一旦普遍使用，全世界能耗將降低10%……這些都是不遠(yuǎn)的將來量子芯片將顯示出的美好應(yīng)用前景。 

　　目前，在北京的一些重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，與量子芯片相關(guān)的研究正在進(jìn)行。與早已瓜分完畢的傳統(tǒng)芯片市場相比，還處于群雄逐鹿時(shí)代的量子芯片研發(fā)競爭中，蘊(yùn)含著后起國家搶占未來芯片市場的絕好機(jī)遇。

　　群“芯”閃耀難撼奔騰芯

　　在我國的一些實(shí)驗(yàn)室中，還進(jìn)行著為數(shù)眾多的中國芯項(xiàng)目。“龍芯”、“漢芯”、“鳳芯”、“方舟”、“眾志”……組成了一支浩浩蕩蕩的中國“芯”軍。然而，中國國家納米科學(xué)中心首席科學(xué)家王肇中對這樣熱鬧的“中國芯”浪潮卻并不樂觀，相反卻有著深深的憂慮。

　　王肇中說，我經(jīng)常能夠在報(bào)道中看到中國芯項(xiàng)目的介紹，報(bào)道中，某款中國設(shè)計(jì)芯片性能達(dá)到了英特爾公司奔三芯片水平這樣的表述屢見不鮮。但其實(shí)這種表述中就存在著當(dāng)前中國芯片產(chǎn)業(yè)極大的認(rèn)識誤區(qū)。他解釋說，因?yàn)檫@種比較沒有任何意義。在半導(dǎo)體工業(yè)中從來就是“winner wins all”(贏家通吃)，第二名就沒有市場。而沒有市場前景的芯片根本不能承擔(dān)起中國芯的重任。

　　王肇中表示，除了國防領(lǐng)域，中國在別國已經(jīng)取得絕對優(yōu)勢的芯片領(lǐng)域再尋求突破是沒有意義的。作為法國國家科研院光子與納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室主任研究員，王肇中介紹了法國的失敗教訓(xùn)。他說，法國為了建立本國獨(dú)立自主的電腦工業(yè)，投入巨大的資金和人力推動(dòng)成立了BULL計(jì)算機(jī)公司。但BULL從成立開始就一直是一個(gè)賠錢公司，已經(jīng)多次走到破產(chǎn)邊緣。中國芯片產(chǎn)業(yè)不能再步其后塵。

芯片向“量子”突圍

　　科學(xué)發(fā)展到今天，任何一個(gè)國家都不可能獨(dú)立發(fā)展和擁有所有的科學(xué)技術(shù)。芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也是如此。目前美國牢牢把握著電腦通用芯片市場、日韓在存儲芯片市場也占據(jù)了領(lǐng)先優(yōu)勢。近年來，歐洲著力發(fā)展汽車電子設(shè)備，也殺出了一片天地。他們的芯片發(fā)展方向都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，搶占市場。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，以汽車電子設(shè)備市場為例，目前售價(jià)為1萬歐元的汽車，就包含有一兩千歐元的電子設(shè)備，市場前景廣闊。

　　王肇中認(rèn)為，中國芯要突圍必須選擇那些目前還不存在激烈競爭而市場前景看好的方向。他舉例說，光通訊是未來信息高速公路的最佳選擇，構(gòu)建光通訊平臺需要大量的功能性元件。例如，集成光器件、光開關(guān)、光電轉(zhuǎn)換器件等等都潛在著巨大的市場需求。此外，快速光源、超導(dǎo)量子干涉器件等等都還不存在市場霸主，也是中國芯可以突破的方向。

　　量子器件花落北京

　　1納米等于10億分之1米，約相當(dāng)3到5個(gè)原子緊密排列在一起的長度。當(dāng)微電子器件加工精度進(jìn)入50納米以后，一些在宏觀尺度下可以忽略的效應(yīng)將產(chǎn)生。電路速度會由于電子傳輸距離的縮小而極大提高、而能耗也會相應(yīng)更低。利用產(chǎn)生這些微觀效應(yīng)原理生產(chǎn)的芯片就是量子芯片。

　　很多傳統(tǒng)的芯片加工理論在這些新變化的影響下都必須修改甚至重建。

    此時(shí)，量子芯片所顯露出來的廣闊應(yīng)用前景讓人振奮。進(jìn)入量子芯片時(shí)代的電腦芯片意味著更低的能耗、更高的性能以及更便宜的價(jià)格。王肇中介紹說，目前應(yīng)用量子理論制造的一些尖端儀器已經(jīng)在一些特種部門使用。例如，量子干涉器件可用于地磁測量、尋找礦藏、探測腦電波等?？捎糜谔娲鷤鹘y(tǒng)照明的量子光源的開發(fā)同樣前景廣闊，有統(tǒng)計(jì)預(yù)測，一旦人類普及使用了量子光源，全球能耗將降低10%。此外，未來信息高速公路的不二平臺光通信網(wǎng)絡(luò)的建立也有賴于眾多功能性元件的發(fā)明。這些都是微電子器件進(jìn)入量子時(shí)代所帶來的新機(jī)遇。

　　中科院物理所正在研究的固體太陽能電池中所使用的光電轉(zhuǎn)換功能器件就是目前國際量子級微電子器件研究的熱點(diǎn)。目前這套太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率已經(jīng)達(dá)到國際一流水平，穩(wěn)步向?qū)嵱秒A段邁進(jìn)。而就在2005年6月，北京市大規(guī)模生產(chǎn)高效高亮度發(fā)光二極管擴(kuò)建項(xiàng)目,在北京光機(jī)電一體化基地開工建設(shè)。這種利用量子理論制造的半導(dǎo)體光源不僅能使電能轉(zhuǎn)化為光能的效率提高到80%,而且壽命長達(dá)12萬小時(shí)以上,是普通白熾燈的50倍以上。