新科技戰開啟,“二維材料”引發行業震動。
二維材料,似乎離普通人很遙遠,其實不然。看似前沿的技術,與每個人手中的電子設備息息相關。
5月,賓夕法尼亞州立大學發布了一臺特殊的計算機——全球首臺完全由非硅二維材料構成的計算機。這臺機器運行頻率僅有25千赫茲,比現代處理器慢20萬倍,卻在全球半導體巨頭中引發了戰略布局的重新思考。
僅僅幾個月后,英特爾、臺積電、三星等行業巨頭紛紛加碼二維材料研發投入,競相布局這個可能改寫全球電子產業格局的新賽道。
時間上不是簡單的巧合,在技術層面上,一場后硅時代的爭奪戰正在打響。
什么是二維材料?簡單理解就是“原子級厚度的新型半導體”。
我們最熟悉的半導體是硅了,但硅在縮小到納米尺度時性能急劇下降,已逼近物理極限。
而二維材料是一種厚度僅有0.7納米的原子級薄層材料,其與硅最大的區別是無懸掛鍵表面,不受傳統微縮限制,可以在極限尺寸下保持優異性能。
有二硫化鉬(MoS?)、二硒化鎢(WSe?)等不同類型,也有石墨烯、六方氮化硼等材料,還有各種人工堆疊的異質結構。
截至2025年,全球二維材料研發投入已超過數十億美元。前三大半導體廠商英特爾、臺積電、三星的相關專利申請合計超過千項,二維材料已成為后摩爾時代的核心技術路徑。
二維材料在很多場景具有突破性、顛覆性的優勢。
最主要的場景是柔性電子,還有透明顯示、可穿戴設備、生物傳感器等場景。
現有的硅芯片本質上是剛性且不透明的,根本無法應用于柔性場景,但基于二維材料的電路可以彎曲、折疊,甚至透明,最關鍵的是可以集成在幾乎任何表面上,包括皮膚、織物、玻璃。
比如“智能紋身”傳感器可以貼合皮膚進行實時健康監測,手續費不到傳統醫療設備的十分之一。
2024年全球柔性電子市場規模達到350億美元,預計到2030年將突破1000億美元,在可穿戴設備領域,二維材料已開始挑戰傳統硅基方案的壟斷地位。
透明電子對于大多數人來說還很新鮮。智能窗戶被稱為“mini-顯示器”,去年8月,首批透明顯示產品完成商業化。蘋果與imec合作,將AR眼鏡作為重點產品,imec提供二維材料技術支持。
二維材料為透明電子提供了無可替代的技術基礎,也可以突破硅材料的形態限制并催化更多創新應用場景。
二維材料的戰略價值,從各國政府的態度就能看出來。
美國在第一輪科技競爭中依靠硅半導體建立霸權,最近幾年,態度發生了微妙變化,開始將二維材料視為延續技術領先地位的關鍵,特別是拜登政府的《芯片法案》實施之后。
或許,是因為他們看到了二維材料能給美國科技霸權續命。
目前,全球去美元化、去美技術化傾向明顯。押注二維材料,可以鞏固美國在下一代技術中的地位。
美國的《CHIPS法案》就明確規定:二維材料研發必須在美國本土進行,且核心技術不得轉讓給中國等競爭對手。只有“可信賴的盟友”可參與相關項目,而參與者需要滿足一系列嚴格的技術出口管制要求。
說白了,一是要技術自主;二是要盟友跟隨。
如今,很多發達國家對二維材料的重視程度都很高,比如,歐盟投入10億歐元啟動石墨烯旗艦項目。
全球絕大多數國家都有技術依賴,有些國家希望在新技術浪潮中實現彎道超車,如果美國全面主導二維材料生態,成為全球技術標準制定者,其他國家就可能被迫接受美國的技術體系。
二維材料主要依賴的是先進制造設備,這就相當于維護了其他國家對美國技術的需求,鞏固了美國的科技霸權地位。
所以,美國二維材料戰略最重要是繼續推行技術的全球壟斷“硬實力”,希望二維材料既像EUV光刻機一樣不可替代,也像操作系統一樣形成生態鎖定,牢牢統治全球技術網。
從中,也可以看到中國投入巨額資源發展二維材料的原因。
一是挑戰美國科技霸權的關鍵機遇。如今中國要對抗的已不只是傳統芯片制造,還有二維材料背后的全新技術體系。中國作為制造業大國,必須為自主技術爭取一席之地。
二是尋找硅技術路徑的替代與保障技術安全。美國通過EUV光刻機等核心設備掌控芯片制造,已將中國企業列入實體清單實施技術制裁,比如華為、中芯國際。這暴露了過度依賴美國技術的風險。中國若掌握二維材料核心技術,可以在一定程度上降低對美國技術的依賴,提高技術體系的自主性和安全性。
三是探索產業升級的新路徑。二維材料特別是在柔性電子領域,能為中國制造業轉型提供了一條技術驅動的差異化路徑。若有一套完整的二維材料產業鏈,中國企業可以方便地開發新產品,它將極大推動中國在新興電子產品中的競爭優勢。
而深圳、蘇州等地正是發展二維材料產業的理想試驗田。對國家層面,在保持對傳統芯片制造投入的同時,以產業集群為載體試驗前沿技術,積累制造經驗,暫時避開與美國的正面技術競爭,但可以通過產業化探索二維材料的商業路徑。如果二維材料產業化效果很好,那可能會逐步形成對美國技術的替代優勢,如果不成功,對現有產業體系也不會造成明顯沖擊。
四是中國制造業升級轉型的內在需要。中國多年來以低成本制造維系競爭優勢,產業體系過度依賴傳統技術路徑,而二維材料恰是一個突破口:參與全球技術標準制定和產業鏈重構,可以讓中國在全球制造業中獲得新話語權。
中國要的不僅僅是維持傳統制造大國的地位,而是要成為一個帶著“全球科技創新中心”標簽的制造強國。
特朗普的技術封鎖,表面上掀起了一場貿易戰,背后是科技戰、產業戰,還有二維材料這個新興戰場。
在當今風云激蕩的大轉折時代,掌握核心技術、構建自主體系,永遠是最重要的。
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