别再误解！北大1纳米突破不是手机芯片而是“换道超车”关键一步

【科普】别再误解！北大1纳米突破，不是手机芯片，而是“换道超车”关键一步

文/沙鸥，2026.02.25

2月24日，一条科技新闻刷屏全网：北大彭练矛院士团队成功研制出1纳米栅长铁电晶体管，功耗创下全球新低！一时间，“中国1纳米芯片量产”“芯片彻底突破”的讨论不绝于耳。

但真相是：这离我们用的1纳米手机芯片，还有关键的一段路要走。今天，我们用最通俗的语言，把这项重大突破讲透——它是什么？和我们关心的芯片有何不同？不用光刻机怎么做？长什么样？难在哪？未来又能带来什么？

一、先搞懂：这到底是个什么“黑科技”？

简单说，晶体管就是芯片里控制电流的“超级开关”。开关越小，芯片能装的开关就越多，算力越强，也越省电。

北大团队的突破，就是把这个“开关”的核心尺寸——栅长，做到了1纳米（1米的十亿分之一），相当于原子级别，触碰到物理极限。

这里先澄清一个关键：

北大的1纳米 = 晶体管真实物理栅长；

手机芯片说的3纳米/2纳米 = 工艺代号，并非真实尺寸。

此1纳米，非彼1纳米。

之所以能做到1纳米，正是因为铁电材料的原子排布特性，在特定条件下能自发形成如此微小的结构，这是传统光刻工艺难以企及的精度。

更厉害的是，它还做到了全球最低功耗，仅需0.6V电压就能运行，能耗比国际同类技术降低整整一倍（数据来源：北京大学官方科研成果通报）！

一句话总结：这是芯片“开关”尺寸的世界纪录，是底层器件的重大创新。

二、核心科普：为什么它≠1纳米手机芯片？（两条路线，天壤之别）

这是大家最容易混淆的地方，我们用最形象的对比讲清楚：

路线A：我们熟悉的“手机芯片之路”

• 目标：做出一颗能装百亿级晶体管、算力超强的手机/电脑芯片。

• 路径：靠高端量产光刻机（如EUV），把晶体管一层层“刻”在硅片上。

• 难点：刻得越小，对设备、材料、工艺精度要求越高，成本呈指数级上升，目前被少数国际巨头垄断。

路线B：北大团队走的“新赛道”

• 目标：做出一种超低功耗、能存能算的新型核心器件。

• 路径：不走传统先进制程路线，而是利用铁电材料和创新结构，从晶体管本身设计入手，实现存算一体（计算和存储合二为一）。

• 优势：绕开了对极高端量产型光刻机的依赖，未来可与现有成熟工艺互补融合，并非完全替代，主打极致低功耗，特别适合AI芯片、智能手表、边缘计算、物联网传感器等场景。

为了让大家一眼看懂，我们用最形象的比喻说明：

北大1纳米 = 造出了世界上最小、最省电、还能自己记东西的1颗超级纽扣。

手机3nm芯片 = 把100亿颗普通小纽扣，精密刻在一块板子上，做成一整块超级电路板。

关键区别（最黄金总结）：

北大突破的是“开关本身”，

手机芯片要的是“百亿开关集成”。

一个是零件突破，一个是系统工程。

路线不同、用途不同、难度不同。

三、大家最疑惑：不用光刻机，那用什么办法做芯片？

这里用最简单的话，把老路、新路彻底讲明白：

老路（现在的手机芯片）

靠光刻机雕刻——就像在石头上用刻刀精雕细琢。

尺寸越小，刻刀越贵、越难、越卡脖子。

新路（北大1纳米技术）

不靠强光刻，靠材料自己“长”出来——就像水自然冻成冰雕。

它用的是铁电材料：

这种材料在电场下能像磁铁一样改变极性，天然形成纳米结构，断电后信息不丢失，

不是刻上去、不是焊上去、不是堆上去，

而是靠材料特性自动成型、有序排列。

一句话记死：

老路是“刻出来”的，

新路是“长出来”的。

四、很多人都想问：芯片是方的还是长的？几百亿个怎么刻在一起？

这里统一给大家讲明白：

• 北大的1纳米晶体管：是极小极小的细长条（长方形），就像一根超级细微的小牙签。

• 真正的手机芯片整体：是小小的正方形薄片，大概只有指甲盖的1/4大小。

如果未来用北大这种1纳米开关，做成真正的1纳米手机芯片：

不是堆上去、也不是焊上去，

而是在一整块方形硅片上，一次性精密刻出几百亿个整齐排列的细长条小开关。

简单记：

芯片整体是方的，里面每一个小开关是细长条的。

五、难点解析：从实验室到商用，三大关要闯

实验室里做出几个完美的1纳米晶体管不难，但要变成人人可用的产品，必须跨过三大难关：

1. 从“一个”到“百亿个”的工程关

实验室做的是单个器件，要在整片晶圆上均匀做出百亿个、性能完全一致，还要保证长期稳定不失效，是巨大的工程挑战。

2. 材料与可靠性关

在1纳米尺度下，电子会发生量子隧穿（简单说就是电子“穿墙”导致漏电）。

就好比水坝薄到极限，水分子能自己渗过去漏水一样，尺寸越小，漏电越难控制。这也是全球顶尖团队共同面对的物理极限挑战，对材料均匀性、器件稳定性提出了极致要求，需要长期工程化攻关才能实现高可靠量产。

3. 产线与成本关

现有芯片工厂是按传统工艺设计的，新路线需要改造产线、研发新设备、建立新的良率控制标准，这需要巨额资金和时间，成本极高。

六、意义升华：三大黄金特性，打开无限未来

这项突破真正震撼之处，在于它同时拥有三大不可替代的黄金特性：

超低电压、存算一体、非易失存储。

三者合一，让它的应用前景无限广阔、超乎想象：

• 在新能源汽车上：大幅降低车载系统、自动驾驶、电池管理的耗电，把更多电量留给电机，实实在在提升续航里程。

• 在无人机、机器人、便携设备上：功耗极低、发热更小，飞行更久、工作更长、续航翻倍。

• 在航天、卫星、深空探测上：依靠微弱太阳能就能长期工作，近乎无限续航、永不丢失数据，为太空探索打开新可能。

• 在医疗植入、心脏起搏器、微型穿戴上：体积更小、耗电极微、安全稳定，为生命健康提供更长久的守护。

• 在万物互联、智能传感上：真正实现小到看不见、省电到极致、永远不掉数据，让智能世界无处不在。

它不是只服务一部手机，

而是赋能整个未来科技世界。

七、意义总结：这是“换道超车”的里程碑，不是终点线

这项突破的价值，远比“1纳米芯片”的噱头重要得多：

1. 技术层面：它为后摩尔时代（传统芯片工艺难再微缩）提供了中国原创的新方案，是全球底层器件技术的重要突破。

2. 产业层面：为AI、物联网、新能源、航天航空、医疗健康等高精尖领域提供底层支撑，未来有望让设备更小巧、更省电、更持久。

3. 战略层面：这并非单一成果突破，而是北大彭练矛院士团队在铁电半导体领域长期布局、系统攻关的标志性成果，证明我们能在芯片关键领域“换道超车”，不被单一技术路线锁死，掌握自主创新的主动权。

它不是终点，而是新的起点。科技突破从来不是一蹴而就，从实验室到商用，往往需要5-10年的打磨。但这一步，已经让我们站在了更高的起跑线上。

结语

不夸大、不盲从：1纳米晶体管是中国芯片“底层底气”的彰显。认清路线，看懂差距，我们正一步一个脚印，从跟跑到并跑，向更多领跑的目标迈进。

或许在不久的将来，你手腕上不用充电的手表、车里更长续航的新能源汽车、飞向深空的卫星、守护生命的医疗设备……

它们的核心，都源自今天北大实验室里这一粒小小的、震撼世界的1纳米。

这，就是中国科技的力量。

资料来源

1. 北京大学官方新闻网. (2026-02-24). 北大团队在1纳米栅长铁电晶体管领域取得重大突破. [引用日期：2026-02-25].

2. 新华社/央视新闻等权威媒体综合报道. (2026-02-24). 我国在芯片核心器件领域获重大进展. [引用日期：2026-02-25].