華為今日宣布將研究如何將石墨烯領域的突破性成果應用于消費電子產品和移動通信設備。
 
石墨烯到底是個啥技術？先來看看最新的一則把中東油佬們都嚇尿了的新聞。
 
據《世界報》消息，西班牙Graphenano公司（一家以工業規模生產石墨烯的公司）同西班牙科爾瓦多大學合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，其儲電量是目前市場最好產品的三倍，用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000公里，而其充電時間不到8分鐘。
 
Graphenano公司計劃于2015年將此電池投入生產，并且計劃與德國四大汽車公司中的兩家（現在還不方便透露公司名稱）將在本月和電動汽車進行試驗。
 
是的，一場新的能源革命已經來了！
 
特斯拉董事長兼產品架構師艾倫·馬斯克此前在接受英國汽車雜志《AutoExpress》專訪時大膽預測，電動汽車未來的續航里程有望達到約800公里。此石墨烯聚合材料電池與汽車聯合的投產問世或將引領電動汽車行業的新的續航里程。
 
石墨烯是世界上最薄、最硬的材料。石墨烯出現在實驗室中是在2004年，當時，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經過5年的發展，人們發現，將石墨烯帶入工業化生產的領域已為時不遠了。因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學獎。

那么，華為為啥要投資石墨烯技術呢？
 
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。
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啊？
 
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。
 
新材料作為新興產業的重要組成，也將納入“十三五”國家戰略性發展規劃，而石墨烯又將被列為重點發展對象。
 
早前，手機巨頭三星和蘋果公司已經在石墨烯領域激烈競爭已經愈演愈烈。諾基亞也一直以來都在研究石墨烯，這種材料最引人矚目的一項應用就是制作高性能超薄相機傳感器（石墨烯對光線搜索的敏感度超過現在攝像機所使用的成像傳感器千倍）。而諾基亞在使用石墨烯制作相機傳感器方便擁有自己的專利。
 
華為總裁任正非很看好石墨烯。他認為，目前一些新技術新商業模式的顛覆還不足以動搖整個時代。這個時代將來最大的顛覆，是石墨烯時代顛覆硅時代。現在芯片有極限寬度，硅的極限是七納米，已經臨近邊界。石墨烯已經是技術革命前沿邊。可以預見的未來10到20年，這才是真正的變革。但是顛覆需要有繼承性發展，不可能完全憑空出來一個小公司，然后就領導了時代脈搏。在硅時代的成功佼佼者最有希望成為石墨烯時代中的佼佼者，而且石墨烯這個新技術在世界上的發展也不是小公司能做到的。而在2014年華為年報中，華為在行業趨勢展望的環節再一次著重提及了石墨烯在材料領域的價值。
 
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。