台积电为何采用成本更高的半金属铋（Bi）作为1纳米芯片材料，却不考虑石墨烯、量子芯片呢？在美国遏制大陆半导体发展的背景下，台积电3纳米芯片今年试产，将会给中国大陆半导体带来怎样的冲击呢？

我是柏柏说科技，资深半导体前沿科技爱好者。本期为大家带来的资讯是：台积电今年试产的3纳米芯片，台积电放弃石墨烯、量子芯片的原因。

年5月26日，参考国外媒体消息：“台积电3纳米芯片将在今年第三季度（7~9月份）步入试产”。值得一提的是，用于代工3纳米芯片的场地，是台积电最新建设的工厂，全套设备将采用ASML最新的EUV光刻机。

在这里穿插一点：早在外媒曝光之前，魏哲家便透露3纳米芯片将在今年下半年试产。魏哲家这样做，旨在增强台积电的股市活力，提高台积电的股市市值。要知道，因受美国对大陆芯片厂商的打压、限制，加上台积电本身对美国“言听计从”等不合理行为，导致台积电在大陆股份中的占比下跌了不少。

回到台积电3纳米芯片这里。有关于3纳米芯片的更多消息，台积电CEO魏哲家透露：与5纳米芯片相比，3纳米芯片晶体管数量提升了70%，性能提升了15%，功耗降低30%。值得一提的是，台积电3纳米制程使用的是鳍式栅极晶体管，三星3纳米制程使用的是环绕栅极晶体管。

排除工艺等外部因素，单从晶体管排列技术来看，环绕栅极晶体管在功耗上的表现优于鳍式栅极晶体管。至于台积电为什么不使用鳍式晶体管，是因为台积电当前环绕栅极晶体管技术还不成熟。但在2纳米制程中，台积电将采用环绕栅极晶体管。

如果不出意外，3纳米投产线将在明年正式投用。老样子，苹果依旧是优先使用台积电先进工艺的客户。另外，台积电在今年投用的4纳米代工线已经正式开工，采用台积电4纳米工艺制程的苹果A15芯片已步入投产阶段。

台积电3纳米芯片步入试产，在加速全球半导体发展的同时；也给大陆半导体厂商带来了不小的压力。特别是给大陆手机商、PC端厂商造成的压力。举个例子，美国为了限制大陆半导体的发展，禁止台积电为华为代工芯片，导致华为手机的市场竞争力大幅下跌。

先进技术得不到先进配套设备的支持，工艺达不到科技的要求，这会让大陆半导体与国外半导体之间的差距变大。因此说，台积电3纳米芯片试产，将会给大陆半导体带来不小的压力。不过好在我们在芯片领域中获得了许多突破性进展，8英寸石墨烯晶圆、量子芯片试产成功，也给我们日后进军未来半导体行业提供了技术支持。

说到这里，就不得不提一下台积电、台大、麻省理工三方历经一年半时间，成功制备出的半金属铋（Bi）。据了解，为了克服硅芯片容量无法满足摩尔定律的问题，台积电决定将半金属铋（Bi）用于1纳米制程芯片的二维材料。

有一说一，与石墨烯、量子芯片相比，铋元素提取难度高、资源较少、制作成本高，在性能和功耗中的表现也较差。为什么台积电不选择成本更低、性能更好的石墨烯芯片，或是灵活度极高，性能极佳的量子芯片，反倒去选择铋元素呢？

台积电之所以不选择石墨烯、量子芯片，主要是考虑到成本、技术两个因素。注意，这里所说的成本并不是芯片的原料、制成成本，而是供应链设备成本。由于量子比较抽象，在这里拿石墨烯芯片举例。

论性能，石墨烯碳基芯片大概是传统硅基芯片的5~10倍，这是因为石墨烯芯片架空性、可塑性比硅基芯片好。在功耗上，碳基芯片因其出色的导电性，远胜于传统的硅基芯片。但硅基芯片有个致命的缺陷，那就是电流自主可控性较差、耐热性低、提纯难度高。

要想发展石墨烯技术，必须拥有一套成熟的、专门用于碳基芯片制造的制程设备和相关技术人员。这还不包括研发、投用、上市成本。要知道，台积电只是一家代工厂商，放弃主流市场，投入大量资金去开辟一个新型且不稳定的市场，对于台积电来说，是不合理的。

需要注意的是：台积电选择半金属铋，只是将它作为二维材料的接触电极，是配合硅基芯片生产的，而不是代替硅基芯片。也就是说，硅基芯片依旧是主流，铋只是延长摩尔定律的“寿命”。

这也是中芯国际目前没有开展石墨烯项目的原因。我们不能只考虑实验室的成果而忽略了实际投用、量产、上市、商用的难度。毕竟实验室的条件与企业代工所具备的条件还是有区别的。

目前已知能够生产8英寸石墨烯晶圆的国家，只有中国大陆一家。台积电只是一家代工厂，很少负责新型项目的开发。同样的道理，放在量子芯片上也是行得通的。因此说，成本与技术是限制台积电选择石墨烯、量子芯片的重要制约因素。

有一点我们要搞清楚，美国的目的是遏制整个大陆半导体行业的发展，并非局限于某个企业。目前国内先进制程正处在成长阶段，因此在某些技术、设备上我们依旧需要国外技术的扶持，但美国的野蛮行径让我们明白，所谓的“市场公平”只不过是西方国家为了限制大陆先进半导体行业而编造的谎言。

我们已经被“造”不如“买”耽搁了太长时间，只有核心技术掌握在自己手中，我们才能够在半导体领域中站稳脚跟。希望大陆半导体厂商能够再接再厉，早日突破困扰我国半导体发展的关键项目，冲破国外针对大陆半导体发展设立的封锁线。

3纳米芯片就要来了，大伙是否对其怀有期待呢？对于我国试产成功的8英寸石墨烯晶圆和量子芯片概念，大伙有什么看法呢？欢迎在下方留言评论。我是柏柏说科技，资深半导体科技爱好者。

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