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王肇中博士专访:中国芯片挑战量子时代—量子器件花落北京
来源: | 作者:apocnorg | 发布时间: 2023-06-30 | 240 次浏览 | 分享到:
脑电波的每一个微小的变化都被一一记录;电脑CPU价格更便宜能耗更低,性能却在5倍10倍的增长;效率极高的半导体快速光源一旦普遍使用,全世界能耗将降低10%……这些都是不远的将来量子芯片将显示出的美好应用前景。 

目前,在北京的一些重点实验室里,与量子芯片相关的研究正在进行。与早已瓜分完毕的传统芯片市场相比,还处于群雄逐鹿时代的量子芯片研发竞争中,蕴含着后起国家抢占未来芯片市场的绝好机遇。


群“芯”闪耀难撼奔腾芯

在我国的一些实验室中,还进行着为数众多的中国芯项目。“龙芯”、“汉芯”、“凤芯”、“方舟”、“众志”……组成了一支浩浩荡荡的中国“芯”军。然而,中国国家纳米科学中心首席科学家王肇中对这样热闹的“中国芯”浪潮却并不乐观,相反却有着深深的忧虑。


王肇中说,我经常能够在报道中看到中国芯项目的介绍,报道中,某款中国设计芯片性能达到了英特尔公司奔三芯片水平这样的表述屡见不鲜。但其实这种表述中就存在着当前中国芯片产业极大的认识误区。他解释说,因为这种比较没有任何意义。在半导体工业中从来就是“winner wins all”(赢家通吃),第二名就没有市场。而没有市场前景的芯片根本不能承担起中国芯的重任。


王肇中表示,除了国防领域,中国在别国已经取得绝对优势的芯片领域再寻求突破是没有意义的。作为法国国家科研院光子与纳米结构实验室主任研究员,王肇中介绍了法国的失败教训。他说,法国为了建立本国独立自主的电脑工业,投入巨大的资金和人力推动成立了BULL计算机公司。但BULL从成立开始就一直是一个赔钱公司,已经多次走到破产边缘。中国芯片产业不能再步其后尘。


芯片向“量子”突围

科学发展到今天,任何一个国家都不可能独立发展和拥有所有的科学技术。芯片产业的发展也是如此。目前美国牢牢把握着电脑通用芯片市场、日韩在存储芯片市场也占据了领先优势。近年来,欧洲着力发展汽车电子设备,也杀出了一片天地。他们的芯片发展方向都有一个共同的特点,抢占市场。根据统计,以汽车电子设备市场为例,目前售价为1万欧元的汽车,就包含有一两千欧元的电子设备,市场前景广阔。

王肇中认为,中国芯要突围必须选择那些目前还不存在激烈竞争而市场前景看好的方向。他举例说,光通讯是未来信息高速公路的最佳选择,构建光通讯平台需要大量的功能性元件。例如,集成光器件、光开关、光电转换器件等等都潜在着巨大的市场需求。此外,快速光源、超导量子干涉器件等等都还不存在市场霸主,也是中国芯可以突破的方向。

量子器件花落北京

1纳米等于10亿分之1米,约相当3到5个原子紧密排列在一起的长度。当微电子器件加工精度进入50纳米以后,一些在宏观尺度下可以忽略的效应将产生。电路速度会由于电子传输距离的缩小而极大提高、而能耗也会相应更低。利用产生这些微观效应原理生产的芯片就是量子芯片。

很多传统的芯片加工理论在这些新变化的影响下都必须修改甚至重建。

此时,量子芯片所显露出来的广阔应用前景让人振奋。进入量子芯片时代的电脑芯片意味着更低的能耗、更高的性能以及更便宜的价格。王肇中介绍说,目前应用量子理论制造的一些尖端仪器已经在一些特种部门使用。例如,量子干涉器件可用于地磁测量、寻找矿藏、探测脑电波等。可用于替代传统照明的量子光源的开发同样前景广阔,有统计预测,一旦人类普及使用了量子光源,全球能耗将降低10%。此外,未来信息高速公路的不二平台光通信网络的建立也有赖于众多功能性元件的发明。这些都是微电子器件进入量子时代所带来的新机遇。

中科院物理所正在研究的固体太阳能电池中所使用的光电转换功能器件就是目前国际量子级微电子器件研究的热点。目前这套太阳能电池的光电转换率已经达到国际一流水平,稳步向实用阶段迈进。而就在2005年6月,北京市大规模生产高效高亮度发光二极管扩建项目,在北京光机电一体化基地开工建设。这种利用量子理论制造的半导体光源不仅能使电能转化为光能的效率提高到80%,而且寿命长达12万小时以上,是普通白炽灯的50倍以上。

原文转载自:2005年6月《电子产品世界》


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