因此，早在1990年代，中國就試圖打造屬於自己的晶片產業，但由於投資分散於130個加工廠、橫跨15省，一直未能形成協調的產業鏈。

20餘年後，進入21世紀第二個十年，由國務院牽頭，工信部、科技部、財政部、發改委這四大部委協作制定新的發展規劃和政策，決心振興晶片產業。

與此前不同，這次參與規劃的除了國家部委，還有產業內的龍頭企業，並由國務院副總理馬凱挂帥。

2014年6月，《國家集成電路產業發展推進綱要》（以下簡稱《綱要》）發布，集成電路產業作為信息技術產業的核心，被定義為支撐經濟社會發展和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業，9月，國家集成電路產業投資基金成立，首期規模達到1200億元。

為避免之前產業結構不成體系的的問題，此次政府明確了要聚焦於半導體產業各個環節（設計，生產，加工，組裝，測試），並在每個環節培育龍頭企業。

例如，中芯國際在北京經濟技術開發區建立300mm生產線，由北京市經信委、中科院微電子所和北京市政府共同投資12億美元。

對於中國半導體產業，這是一個好的時代，也是一個壞的時代。

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。

中國已經成為世界最大半導體消費國，購買全球約45%的晶片，用於本國或出口的各類設備。

因而跨國集團（從汽車，到工業控制，到生產設備）願意較以往更多地在華設立設計中心，貼近用戶並更多地僱傭中國本地高水平研發人員。

而隨著設計中心向中國遷移，中國很快就能影響全世界50%的半導體硬體設計。

更重要的是，當國際著名半導體生產企業，比如三星、台積電、德州儀器等，陸續在中國建廠，中國就有機會藉助它們理順自己的上下游產業鏈，使本地企業，比如上海華力微電子集團、中芯國際、武漢新芯等，均能從這樣一個國際水平高科技生態圈獲益。

壞的方面是，中國每年晶片消耗量巨大，且其中超過90%依賴進口。

美國《財富》雜誌今年2月報導，美國半導體三巨頭，英特爾、高通、蘋果，依舊占據3400億美元半導體年銷量的一半。

路人皆知他們這一巨大優勢在很大程度上源於他們掌握最先進的技術，但中國也有一個現象間接有利於他們維持優勢地位：由於中國市場巨大，近年擴張速度快，且技術門檻較低，中國原始設備製造商（OEM）往往不願意在技術創新上花力氣，更多地只看本土市場的銷售；數據顯示，2012年，中國OEM有54%產品是全新設計的，到了2016年，這一數據下降至28%，而同期為國際市場設計的產品比例也保持在較低的30%左右，這不是一個好的長期戰略。

在中國，儘管外資OEM和本土OEM的研發資金從2012年的1630億美元增至2015年的2280億美元，但麥肯錫2017年報告指出，這主要投入在IT和高科技產業的系統級研發和終產品設計（例如手機整機），作為制勝關鍵的最基本元器件研發沒有得到足夠重視。

技術水平繼續落後世界領先水平5到6年。

2017年初，北京大學彭練矛教授領導的團隊發表在科研界頂級期刊《科學》上的一項結果，證明中國人有能力扭轉這一現狀：他們用新材料（碳納米管）製造出晶片的最基本元器件——電晶體，其工作速度3倍於英特爾最先進的矽基商用器件，能耗卻只有對方的25%，且其他重要性能指標也都占優。

同時，由碳電晶體打造的小規模集成電路也體現出優於矽的性能，而電晶體的速度和能耗直接影響晶片的速度和能耗。

如果將這一成果納入國家戰略，與國內在晶片設計及加工等各方面的龍頭企業合作，聯手開發碳基晶片，那麼，中國的晶片技術很可能實現換道超車。

我們是這樣分析的：成本方面，碳與矽同為地球上含量相當豐富的元素，若按質量算，碳的含量排第四位，矽排第八位，若按生產工藝算，碳基電晶體製備步驟僅為矽基電晶體的一半，碳基集成電路所需材料種類亦明顯少於矽基集成電路，這兩個特點均有助於降低生產成本，鞏固碳作為晶片材料的優勢。

但有了換道超車的可能性只是一個起點，而儘管我們有了這樣好的一個起點，我們也意識到了工程化的困難。

工程化之難，舉世公認，以至於從實驗室到產品中間的這一環節得到了「死亡谷」的外號。

以英特爾為例，其在1968年成立之初，收到Arthur Rock （美國資深投資人，是他為風險投資命名）250萬美元投資。

在經歷4年虧損之後，於1972年開始盈利，逐步走出死亡谷。

回顧1960、1970年代，恰是半導體產業的開端，銷售單個電晶體都可以盈利，像英特爾這樣由資深專家組建的公司尚且要花費四年時間才能開始盈利。

時過境遷，如今的半導體行業競爭激烈，市場趨於飽和，利潤被不斷攤薄，麥肯錫分析，創業公司花個5年、10年甚至15年才開始盈利已是普遍現象。

並且，由於過度競爭，造成投資回報率普遍低於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年更具有挑戰性，更加考驗我們的決心。

仍以英特爾為例，其從1968年創立到2015年的研發費用總計1257億美元。

要想達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，整合國內企業和高校最先進的技術，共同解決晶片各個部分的開發。

那麼，在已然相當龐大的矽帝國面前，碳晶片如何起步、如何發展？

首先，半導體產業近年出現一些重要變化，給碳晶片提供了機遇。

從1995到2008年，是美國半導體產業的黃金時代， SOX指數（反映美國半導體行業變化）曾一度三倍於S&P500指數，展現出半導體產業優於其他行業的競爭力。

而從2008年到2014年，這優勢消失，兩大指數十分接近，主要原因是手機和計算機需求量下降。

但自2015年以來物聯網開始快速發展，創造出對各類傳感器及相關晶片的巨大需求，極有可能重振晶片產業：在國際半導體產業聯盟中，48%的成員認為物聯網將是未來推動本產業排位前三甲的強大驅動力，17%的成員將其列為第一驅動力。

同時，物聯網要用到的傳感器中的晶片，其結構較計算機和手機晶片要簡單得多，並且，這是一個全新的市場，固化尚未出現。

具體到技術層面，物聯網行業最需要的創新在於更低的能耗和更長的電池壽命，因為更長的待機時間可以激發更多的需求和新的功能，而低能耗恰是碳晶片最厲害的特長之一。

從以上分析可見，物聯網傳感器晶片正適合成為碳晶片的切入點。

舉例：彭教授的團隊已在實驗室實現了碳材料的醫用傳感器，可以檢測血壓心跳和血糖等生化指標，由於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，不會有異物感。

這種傳感器同樣可以用於健身手環（fitness tracker），其低功耗可以顯著延長手環續航時間。

再舉例：碳材料可以感光，用在夜視裝備上可以達到極高的清晰度，且對不發熱的物體也能成像，遠勝於紅外熱像儀，還可以在濃霧中成像，這使它在汽車輔助駕駛系統中大有用武之地，以及打造最適合智慧城市的監控攝像頭。

目前彭教授的團隊已在開發這項技術並取得重要進展。

重點是，在當今物聯網創造的六大市場中（可穿戴智能傳感器，智能家庭應用，醫療電子，工業自動化，汽車輔助駕駛，智慧城市），碳材料已經確定可以切入其中四個。

大數據時代對數據中心的大量需求也是碳材料的切入點，因為碳材料存儲器功耗低，將顯著減小數據中心的巨額散熱費用。

此外，NAND存儲器的3D化架構也是碳材料的優勢之一。

不過這個方向或許不是很理想，因為存儲器行業一直存在供給過剩，大幅擠壓了利潤空間。

隨著行業從25nm結點向20nm結點邁進，新一波的產能過剩已經開始。

長久以來，整個半導體產業（晶片、存儲器等等）遵循摩爾定律，不斷縮小電晶體尺寸以提升性能，創造新的產品，已經打造出一個年收入（稅前，利息前）2500億美元的產業生態，包括晶片等半導體設備生產及相關的產業（例如晶片加工設備）。

隨著摩爾定律即將到達終點，電晶體尺寸不能再縮小（已經達到物理極限），整個生態圈所有的環節就面臨另謀出路的問題：過去，半導體企業爭的是更高的性能和更快的技術升級，現在低成本成為區分成敗的標尺。

這裡再次提出碳材料的第三大優勢——低成本，可以認為，誰先掌握碳晶片技術，誰就可能在新一輪角逐中勝出。

反觀近年來中國的半導體技術快速升級，主要靠巨額收購，但這種方法並不能帶來最新的技術。

中國的汽車工業就是前車之鑑，強制外資車企與本地車企共享技術，結局卻是國內車企嚴重依賴外資。

2016年美韓等國相繼出台政策法規阻止中國收購半導體核心技術，使收購之路更加行不通。

一個可資借鑑的例子是韓國三星如何從後趕上、一路發展成為現在具備晶片加工能力的三大頂級企業之一，他們靠的就是巨額研發投入外加人才引進，還有堅韌的耐心度過漫長的低收入階段。

也許有人認為，用過時技術也能製造出某些晶片來滿足國內市場需求（還要結合限制進口才能實現），但這不能讓我們在國際市場上形成競爭力。

要記住，如同《經濟學人》所說，半導體是這樣一個行業：排名第一第二的公司攫取全部利益，其他公司全部虧損。

關於碳基晶片的研發要不要走工程化環節、還是說停留在實驗室階段就算了，彭教授自己說了這樣一番話：若說看不到追趕國際先進企業的路也就罷了，現在已經看得見前面有亮光，只是不確定循著亮光走下去這路會不會很崎嶇、很漫長，然而如果就此停步，真是我們想要的嗎？

——回想工業時代我們的前輩那麼努力要擺脫鋼鐵的對外依存度，等到進入資訊時代，我們反而不介意集成電路繼續依賴進口麼？

參考文獻

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world or same old story?, Mckinsey, Aug 2014

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