碳纳米管：中国领跑下一代芯片技术革命

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1.

https://m.sohu.com/a/830132127_121124372/?pvid=000115_3w_a

2.

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1821526063413575522

3.

https://www.163.com/dy/article/JNPKA87J0511CPMT.html

4.

https://www.sohu.com/a/795995089_174933

5.

https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/20002.htm

6.

https://www.cre.net/xwzx/zhps/detail/ff8080818e20fb7a018e63a0f6294d60

7.

https://www.edu.cn/ke_yan_yu_fa_zhan/gao_xiao_cheng_guo/cheng_guo_zhan_shi/202407/t20240723_2625617.shtml

8.

https://www.aibang.com/?p=19888

9.

https://www.fortunebusinessinsights.com/zh/carbon-nanotubes-cnt-market-102700

10.

https://www.faymo-tech.com/nd.jsp?id=5

11.

http://www.nanoer.net/showinfo-32-62099.html

2024年7月，北京大学电子学院碳基电子学研究中心彭练矛-张志勇团队在下一代芯片技术领域取得重大突破，成功研发出世界首个基于碳纳米管的张量处理器芯片。这一成果不仅展示了碳纳米管晶体管在高性能计算中的巨大潜力，也标志着中国在芯片技术领域迈出了重要一步。

碳纳米管，这种由单层或多层石墨烯片围绕中心轴卷曲而成的一维量子材料，自1991年被日本物理学家饭岛澄男发现以来，就因其卓越的物理性能而备受关注。碳纳米管具有极高的弹性和韧性，杨氏模量是钢的近6倍，抗拉强度更是钢的100倍。在电学性能方面，碳纳米管的导电性显著优于石墨烯和炭黑等传统导电材料，且管径越细、长度越长，导电性越好。

清华大学化学工程系魏飞教授研究组在碳纳米管制备技术上取得了重要突破。他们开发了一种声辅助组装技术，能够将单根分米级长度、2纳米直径的超长碳纳米管原位卷绕成高密度、单色碳纳米管线团。这种线团具有全同手性结构，在超连续激光激发下呈现单一颜色，为制备高密度、手性一致的碳纳米管提供了新的技术路线。

北京大学彭练矛院士团队在碳基集成电路领域持续领跑。他们通过创新工艺制备出超高纯度的碳纳米管阵列，并开发了无掺杂制备方法，成功制造出栅长仅5纳米的碳纳米管晶体管，性能超越同尺寸硅基晶体管。这一突破为碳基芯片的大规模生产奠定了基础。

在此基础上，彭练矛-张志勇团队进一步将碳纳米管晶体管制备技术应用于高能效计算芯片。他们设计了一种基于碳纳米管的张量处理器芯片，将3000个碳纳米管晶体管集成为张量处理器芯片。该芯片采用脉动阵列架构，实现了高效数据复用，大幅降低了存储和搬运需求。在卷积神经网络运算中，该芯片展现出优异的数据处理能力，功耗仅为295微瓦，准确率达到88%。

尽管碳纳米管晶体管展现出巨大的应用潜力，但其商业化应用仍面临一些挑战。其中最大的技术瓶颈在于如何制备大量手性一致、高密度的碳纳米管材料。IBM曾指出，要想实现下一代基于碳纳米管的高性能电子器件，其半导体纯度应达到99.9999%，密度应达到125根每微米。

然而，随着中国研究团队在碳纳米管制备和应用领域的持续突破，这些挑战正在逐步被克服。碳纳米管不仅在芯片领域展现出广阔前景，在其他领域如锂电池导电剂、复合材料等也显示出巨大的应用潜力。根据GGII预测，到2021年，碳纳米管在导电剂市场的渗透率有望达到21.2%。

碳纳米管晶体管的突破性进展，为突破传统硅基材料的物理极限提供了新的可能。中国研究团队在这一领域的持续领跑，不仅有望打破长期以来对国外芯片技术的依赖，更为未来高性能计算和人工智能的发展开辟了新的道路。随着技术的不断成熟，碳纳米管有望成为下一代芯片的核心材料，引领电子行业的革命性变革。