3纳米不够看了？中国正在搞的“原子制造”，能让芯片算力翻千倍

AI科技 2025年11月04日 06:37 1 aa

还在卷3纳米？那赛道快到头了！

3纳米制程，也就100个原子的宽度。当“纳米”逼近物理极限，中国正布局“原子制造”新赛道。

中国工程院院士谭久彬亲口认证：这玩意儿能让算力翻千倍！

3纳米的尽头：“大刷子”刷不出“工笔画”

咱现在的芯片制造，技术路线叫“自上而下”（Top-down），说白了，就是“减材制造”。

光刻机，就是这套玩法的核心。

打个比方，这就“如同用大刷子粉刷墙面”。

一块完整的硅片是“墙面”，光刻机用光当“刷子”，刷出电路图案，然后把不要的部分“腐蚀”掉。

在几十纳米宽的时候，你用“大刷子”刷，凑合能看。

但现在，你得在100个原子（3纳米）的宽度上，用“大刷子”去刷，那能刷得准吗？

刷不准了。

根据《瞭望》新闻周刊的报道，当代“离子束加工”是靠物理式轰击，这种轰击“不可避免地产生3～5纳米损伤”。

你瞅瞅，你的目标是3纳米，结果你加工时产生的“损伤”都快赶上目标尺寸了，这还怎么玩？

这就是“纳米制造”的物理极限。

全球半导体设备巨头“应用材料公司”，最近也推出了所谓的“原子级”精度设备。

他家的半导体产品集团总裁普拉布·拉贾在行业盛会上急得大喊：“当你谈论原子级控制时，即使一埃（Å）的精度也很重要！”

一埃，就是0.1纳米。

他为什么急？因为他知道，用“大刷子”的时代，结束了。

“算力千倍”的底牌：从“减法”到“加法”的革命

既然“纳米”的减法做到了极致，那咱就换个思路，不“减”了，咱“加”！

这就是“原子制造”的核心——“自下而上”（Bottom-up）的“增材制造”。

啥意思？

就是“以原子为原料”。

我们不再是“雕刻”一块硅，而是像“搭积木”一样，“逐一精确地操控原子”，把我们想要的材料和器件，一个原子一个原子地“垒”起来。

这就像扔掉了“大刷子”，换上了“高倍显微镜与精准镊子”。

这可不是小打小闹，这是一场“终极范式”的革命。

这场革命，能带来多大的飞跃？

中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授谭久彬给我们算过一笔账，这段话堪称“数据密度”拉满：

“在集成电路行业，如果能实现单原子特征的芯片，其尺寸、功耗将会降至当前指标的千分之一以下，同时可将计算能力提升千倍以上。”

你没看错，功耗降到千分之一，算力翻一千倍！

这要是实现了，现在的什么AI算力焦虑、能耗焦虑，统统都是浮云。

“原子制造”不光是造芯片，它的应用是“降维打击”。

比如，在材料学上，它可以实现“原子级设计和改造”。

在加工上，南京大学的宋凤麒教授团队就发现，利用精准的原子操控，可以在超精密加工中，实现“单原子级低损伤和粗糙度的极限”。

彻底告别了“纳米级”那种“3-5纳米损伤”的“傻大黑粗”。

“同一起跑线”上的中国布局

这么牛的技术，别人肯定也在搞。

没错，美国国防部高级研究计划局（DARPA）和能源部，已经砸了“数亿美元”进行研究。

澳大利亚新南威尔士大学，在2012年就宣布造出了“硅基磷单原子晶体管”；到2022年，他们又搞出了“原子级量子集成电路”。

听着是不是很吓人？

但好消息是，中国科学院院士、南京大学教授祝世宁说了：国外虽然起步早，但“原子级制造”无论是科学原理还是关键技术，都存在大量瓶颈问题。

换句话说，这事儿太难，大家基本都处于“萌芽阶段”。

光明日报的报道更是直接点明：“在原子制造新赛道上，各国站在同一起点”。

这就是中国“换道超车”的黄金机会。

当别人还在“3纳米”的独木桥上挤破头时，咱已经调转车头，开始在“原子制造”这条全新的高速公路上加速了。

咱不是光喊口号，是真金白银在干：

国家层面，工信部副部长熊继军明确表态，原子级制造是“未来产业”、“新质生产力”的核心引擎。

《原子级制造创新发展实施意见（2025—2030年）》这种顶层设计，都已经在路上了。

科研层面，中国的几个“王牌”已经亮出来了：

第一个，在南京大学。

宋凤麒教授的团队，正在死磕一套叫“原子极限微制造实验设施”的大科学装置。

他们不搞“逐一追逐原子”那种慢悠悠的活儿，他们要的是“规模化操控原子”。

在2019年，这套设施迭代后，已经能实现“几分钟内完成1英寸硅晶圆的原子簇颗粒制备”。

第二个，在清华大学。

路新春教授团队，瞄准了芯片制造的关键一环——抛光。

他们搞出了“原子级化学机械拋光（CMP）”技术，抛光精度达到了恐怖的“0.1纳米”。

这一锤，直接打破了国外企业对“7纳米”以下制程工艺的垄断。

第三个，在中科院。

中科院物理研究所的高鸿钧院士团队，正在利用“扫描隧道显微镜（STM）”，实现单原子的精准操控，构造具有特殊量子效应的原子级器件。

看到了吗？

当美国的应用材料公司还在为“一埃（0.1纳米）的精度”而焦虑时，清华的CMP技术已经达到了这个标准。

当别人还在为“纳米”的尽头而发愁时，谭久彬院士已经为我们指明了“算力翻千倍”的新赛道。

这就是中国的阳谋：你卡你的“纳米”，我造我的“原子”。

参考资料：

比纳米还小的原子级制造技术是什么？离我们有多远？.北京日报.2024-03-18

瞭望｜原子级制造驱动未来产业.新华社.2025-03-25

应用材料：芯片制造正在进入“原子时代”.澎湃新闻.2025-10-13

原子级制造离我们有多远.经济日报.2024-03-18

原子级制造：超精密制造重要发展方向.中国高新技术产业导报.2025-01-20

芯片制造的终极范式：原子级制造.投资界.2025-10-16

为何要锚定原子级制造新赛道？专家们这样说丨科技圆桌派.封面新闻.2025-03-30

原子制造未来在途.光明日报.2023-07-21

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