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作者：鐵流，科技、金融觀察者 隨著中國國家主席習近平抵達英國開啟為期4天的國事訪問，華為也將和英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究所簽署石墨烯研究項目。雖然英國科學家最早成功制備石墨烯，曼切斯特大學可說是石墨烯的故鄉，但中國石墨烯制造已處于世界領先地位，那為何華為還要去和英國人合作呢？ 這要從華為在英國已經取得的成功說起。 華為在英國 自2001年華為在英國設立了第一個辦事機構以來，華為就與英國公司和研究機構開展了廣泛的合作：與沃達豐集團成為合作伙伴，并于唐寧街10號簽署戰略合作伙伴關系的協議；與英國移動通信運營商EE成為戰略合作伙伴；與英國情報機關“政府通信總部”合作，在牛津郡設立了網絡安全設施，確保華為在英國出售的電子設備安全可靠；與英國薩里大學達成第五代移動通信系統技術科研合作，在薩里大學創建5G創新中心。 
華為英國總部 在投資方面華為也堪稱大手筆——華為在雷丁綠園橡樹南路300號設立英國分公司總部，在布里斯托爾開設新的科研中心，先后收購了集成光子中心、Neil等科技公司，并加大對這些公司的資金輸入力度，擴大公司的規模，進而使華為在英國的科研投入從2012年的3060萬英鎊擴大至2014年的7840萬英鎊。從2012年至今，華為已完成對英國投資和采購金額達10.2億英鎊，到2017年，采購與投資總額或超14億英鎊。 在經濟貢獻方面，華為在2012年至2014年三年期間，華為對英國經濟的貢獻為9.56億英鎊，其中包括2.31億英鎊的直接經濟貢獻、4.35億英鎊的間接貢獻以及2.90億英鎊的伴生經濟貢獻，另外產生約4.11億英鎊的英國稅收。 此外，華為還為英國帶來了龐大的社會效益。華為不僅通過在英設立科研機構、并購英國公司直接為當地提供了1000余個高收入科研就業崗位，還通過遍布英國15個地區的采購和供應商渠道間接為英國提供了7000多個就業崗位。更重要的是，華為提供的這些就業崗位不是血汗工廠，全都是優質就業崗位——2014年華為員工人均產值為9.98萬英鎊，大幅高于英國均值的4.38萬英鎊。 難怪，英國官員們常把華為在英國投資、運營、擴張以及科研投入的故事作為案例，反映中英經濟科技合作的深度。 英國為何需要華為 過去5年，中國在英投資每年平均增長85%。2014年，中國對英直接投資新增51億美元，投資存量達400多億美元，在英國的投資已占到中國對歐洲總投資的三分之一。按目前的趨勢看，未來10年，中國對英國的投資將達1624億美元。 2014年，英國政府提出“北方經濟引擎”計劃。若要重振北部曼徹斯特、利物浦等老工業城市，未來10年在基礎設施建設、房地產、科研投資、高端制造產業等方面的資金缺口將高達5000億英鎊，無論是巨額資金投資，還是大規�；A設施建設，英國很可能需要中國的幫助。
2013年，華為創始人兼CEO任正非會見到訪華為深圳總部的英國財政大臣喬治·奧斯本。 因此，華為與英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究所即將簽署的石墨烯研究項目在上述背景下就頗具深意了。對中國而言，該項目既可以學習吸收國外優秀智力成果，縮小和西方的技術差距，又能避免過剩的美元在不斷貶值中造成財富縮水。對英國而言，該項目能吸引中國投資，是助推英國“北方經濟引擎”計劃的一部分，成為英國實現振興北方地區必然選擇，也將幫助英國經濟走出當下低迷狀態。 石墨烯是替代硅的理想材料 石墨烯為什么這么重要？ 石墨烯是由碳原子組成的單層石墨 ——最早的石墨烯就是用膠帶一層一層地把石墨變薄而獲得的，是只有一個碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。具有非常好的導熱性、電導性、透光性，而且具有高強度、超輕薄、超大比表面積等特性，廣泛應用于鋰離子電池電極材料、太陽能電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導體器件、復合材料制備、透明顯示觸摸屏、透明電極等方面。
石墨烯微觀結構示意圖
石墨烯電池示意圖 相對于通過前端設計提升微結構來提高芯片性能，通過后端設計來提升主頻顯然更加簡單粗暴，研發周期也更短（微結構研發一般要3年），更適合商業推廣。 硅基材料集成電路主頻越高，熱量也隨之提高，并最終撞上功耗墻。目前硅基芯片最高的頻率是在液氮環境下實現的8.4G，日常使用的桌面芯片主頻基本在3G到4G，筆記本電腦為了控制CPU功耗，主頻普遍控制在2G到3G之間。 但如果使用石墨烯材料，那么結果就可能不同了。因為相對于現在普遍使用的硅基材料，石墨烯在室溫下擁有10倍的高載流子遷移率，同時具有非常好的導熱性能，芯片的主頻理論上可以達到300G，并且有比硅基芯片更低的功耗——早在幾年前，IBM在實驗室中的石墨烯場效應晶體管主頻達155G。 因此，在前端設計水平相當的情況下，使用石墨烯制造的芯片要比使用硅基材料的芯片性能強幾十倍，隨著技術發展，進一步挖掘潛力，性能可能會是傳統硅基芯片的上百倍！同時還擁有更低的功耗。 石墨烯在通信領域的應用 也許有人要說，華為是做通信的，又不是賣CPU的，芯片性能強關通信什么事��？ 其實，通信產品里有大量芯片，基站設備的DSP，路由器、調制解調器、交換機、手機等產品都需要芯片，而性能更強的芯片也就意味著更強的數據處理能力，意味著更快的通訊速度。 舉例來說，目前主流的4G系統基站雖然已經采用了負責基帶處理的BBU+負責射頻的RRU通過光纖拉遠的架構，但由于機房站址資源日益稀缺和高成本，將BBU集中設置以節省機房的需求越來越強烈，同時也要求對基帶資源共享、集中調度等功能的實現。 由于基帶信號對帶寬和各項處理資源的消耗很大，現有芯片和背板處理速度根本無法實現更大規模的基帶資源集中調度和共享，同時在散熱、功耗等方面也面臨很大挑戰。 若采用石墨烯材料，不但芯片處理能力、數據交換速率能得到大幅提升，石墨烯良好的導熱、導電和耐溫特性也使得在散熱、功耗方面的要求降低，進而實現處理能力達到上萬載頻的集中式基帶資源池。 未來無線通信技術無疑以滿足高速數據業務為主，而傳統的宏蜂窩技術已經無法滿足應用，必然走向宏微結合的異構網絡架構，引入大量smell cell 網元以滿足室內以及熱點場景的覆蓋和容量需求，如微站、Femto。 但隨著這些網元的引入，改變了原有宏站的網絡拓撲結構，產生大量新的干擾場景，必須通過引入各種站間、宏微協同等技術予以消除，比如采用協同多點傳送和接收技術，但會帶來各種協同算法加載后的大量復雜計算對資源的消耗，而基于石墨烯材料的基帶芯片大量應用，其強悍的運算能力將使這些原本需要海量運算能力的技術和算法具有可操作性。 石墨烯也可以作為天線的材料。美國佐治亞理工學院無線寬帶網絡實驗室提出石墨烯無線天線構想，該構想中，由石墨烯制成的天線以1000GHz的頻率正常工作，遠超目前常規的天線。如果這個構想成為現實，那么就意味著更多高頻段的頻譜資源可以被開發出來用于未來的無線通信系統，從而提供更大的系統帶寬和吞吐速率。 未來，5G通信的特性就是“萬物互聯”，具有熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠等特點——在人口密集區為用戶提供1Gbps用戶體驗速率和 10Gbps峰值速率；具備超千億網絡連接的支持能力，滿足100萬/km2連接數密度指標要求；在車聯網、工業控制等垂直行業的特殊應用需求，為用戶提 供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證。 因此，大規模天線陣列、超密集組網、新型多址技術和全頻譜接入等技術就成為5G無線技術的發展方向，而這都離不開石墨烯材料的廣泛應用。同時，手機要擁有更強的續航能力，更快的運算速度，更好的拍照效果，更快的上網速度，更好的屏幕顯示 效果也離不開石墨烯。相信這也是任正非在多次講話中都無比重視石墨烯的原由所在。 石墨烯材料對手機意義重大 對于華為這幾年的另一項拳頭產品——手機來說，石墨烯更能帶來翻天覆地的變化： 手機中有大量的芯片，比如音頻芯片、視頻芯片、電源管理芯片、能夠獲得更好拍照效果的ISP芯片、WIFI芯片、CPU、GPU、基帶（某些廠商可能會將這些芯片集成為SOC）等等，如果這些芯片都使用石墨烯材料制造，那么手機芯片的性能將會大幅提升，同時功耗將大幅下降。 一直以來，智能手機的續航能力飽受詬病。如果將石墨烯用于電池的兩極，續航能力會是普通電池的十多倍，智能手機一天一充將成為歷史，充電寶也將被新技術所淘汰。如果用石墨烯制作電容裝置，它的充放電速度是鋰電池100倍——1000倍，幾分鐘就能完成智能手機充電。 石墨烯具有輕、薄、幾乎完全透光、強度大、柔韌性好等特點，和現在的手機屏幕相比，不僅更薄、透光性更好，而且還具有更好的韌性，更不容易破損，甚至還能做成能夠卷起的柔性屏幕。因此，石墨烯屏幕比現在用的屏幕擁有更好的用戶體驗。 石墨烯僅吸收2.3%的光，并使所有光譜的光均勻地通過，具有非常好的透光性。因此它還是優質的感光元件的制造材料，使用石墨烯制造的感光元件，不僅更薄，還更便宜——如果量產，成本僅為傳統感光元件的五分之一。據新加坡一個科研團隊展示的科研成果，石墨烯感光元件的性能比傳統傳感器強1000倍——在昏暗的光線環境中， 這類傳感器依然能夠捕捉到較為清晰的物體影像。 可以想象如果華為手機采用了石墨烯技術，那么，手機將發生一次革命，正如同智能機對功能機的革命。 中國石墨烯制造處于世界領先地位 也許有人會說這么好的東西，那價格鐵定死貴啊，我等老百姓何時才能用上啊…… 其實石墨烯一點也不貴，因為全球第一條和第二條真正實現規�；⒌统杀尽⒏咂焚|的石墨烯生產線就在中國！在2013年底，寧波墨西科技有限公司和重慶墨希科技有限公司先后建成年產300噸石墨烯生產線和年產100萬平米的生產能力的石墨烯薄膜生產線，并將石墨烯的制造成本從每克5000元降至每克3元。
總后勤部軍需裝備研究所施楣梧將軍、中國工程院院長周濟院士、原中國科學院院長路甬祥院士先后到訪寧波墨西科技有限公司，國防科大、中國兵器裝備集團皆和該公司達成了合作意向。 今年年初，浙大教授高超成功研發了一種新型、廉價、無毒的鐵系氧化劑，使石墨烯制備過程快、成本低、無污染，適用于工業化大規模制備。《自然—通訊》審稿人對該技術的評價是“該方法對石墨烯未來的進一步應用具有重要意義�！� 在石墨烯的應用上，中國研究人員也已拿出了有分量的成果。中科院重慶綠色智能技術研究院成功制備出國內首片15英寸的單層石墨烯顯示屏，該項技術被應用于今年上市的一款名為“開拓者α”的手機，該手機在采用由中國科學院重慶綠色智能技術研究院和中國科學院寧波材料技術與工程研究所開發的石墨烯觸摸屏、電池和導熱膜等新材料后，手機觸控屏幕不偏色不泛黃，色彩真實、純凈，通透性也比傳統屏幕好，手機充電速率提高了40%，電池壽命延長了50%，電池的能量密度也增加10%。 為何華為要去和英國人合作 既然中國石墨烯制造處于世界領先地位，那為何華為要去和英國人合作呢？ 國內研究所和企業雖然也有電容、觸控屏、涂料、導熱材料、復合材料等產品，但更偏重石墨烯制造，是原材料生產廠商。 要將石墨烯用于電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導體器件、復合材料制備，單憑能制造石墨烯顯然是不行的。舉例來說，要將石墨烯用于芯片制造，就必須在石墨烯—硅之間嵌入肖特基管。目前，還未聽聞有國內企業在這方面有比較成熟的技術和產品。 而英國曼徹斯特大學的海姆和諾沃肖洛夫早在2004年就用膠帶紙粘貼法成功制備石墨烯，海姆和諾沃肖洛夫也因此獲得2010年度諾貝爾物理學獎。目前，由兩人提出的膠帶紙粘貼法演化而來的機械剝離法已成為實驗室制備石墨烯的一種常用方法。 作為最早成功制備石墨烯的機構，英國曼徹斯特大學一直深耕于該領域，不僅有較深的技術積累，更是全球石墨烯科研活動的中心。 今年的“石墨烯周”活動中，來自近40個國家的650多名科學家和產業界人士出席了該校這項活動，舉辦90場專家會議，涵蓋的15個主題涉及石墨烯及相關二維材料和異質結構、72人次口頭報告和350個招貼海報。足見曼徹斯特大學在該領域的學術之活躍。 在資金方面，英國政府對曼徹斯特大學也是予取予求——投資6100萬英鎊于2015年春建成曼徹斯特大學石墨烯研究院著力于打造新的尖端石墨烯研究設施，以開發和維持英國在石墨烯及有關2-D材料方面的世界領先地位。 從科研成果轉化來說，選擇曼徹斯特大學進行合作也早有可借鑒的經驗。已有超過35個來自世界各地的企業選擇與曼徹斯特大學合作與石墨烯有關的項目，這不僅讓曼徹斯特大學合作從合作伙伴手中獲得4億英鎊科研經費，更將實驗室的技術成果轉化成商品。 所以，華為選擇與英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究所進行合作，既能利用此前在英國大量科研投入的基礎和經驗，又能在成果轉化上具備國際視野，這項投資將讓這家中國巨頭站到世界石墨烯科研的最前沿。 本文系觀察者網獨家稿件，文章內容純屬作者個人觀點，不代表平臺觀點，未經授權，不得轉載，否則將追究法律責任。關注觀察者網微信guanchacn，每日閱讀趣味文章。 |
