石墨烯在通信领域的应用

石墨烯是由碳原子组成的单层石墨 ——最早的石墨烯就是用胶带一层一层地把石墨变薄而获得的，是只有一个碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。具有非常好的导热性、电导性、透光性，而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性，广泛应用于锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等方面。

　　相对于通过前端设计提升微结构来提高芯片性能，通过后端设计来提升主频显然更加简单粗暴，研发周期也更短(微结构研发一般要3年)，更适合商业推广。

　　硅基材料集成电路主频越高，热量也随之提高，并最终撞上功耗墙。目前硅基芯片最高的频率是在液氮环境下实现的8.4G，日常使用的桌面芯片主频基本在3G到4G，笔记本电脑为了控制CPU功耗，主频普遍控制在2G到3G之间。

　　但如果使用石墨烯材料，那么结果就可能不同了。因为相对于现在普遍使用的硅基材料，石墨烯在室温下拥有10倍的高载流子迁移率，同时具有非常好的导热性能，芯片的主频理论上可以达到300G，并且有比硅基芯片更低的功耗——早在几年前，IBM在实验室中的石墨烯场效应晶体管主频达155G。

　　因此，在前端设计水平相当的情况下，使用石墨烯制造的芯片要比使用硅基材料的芯片性能强几十倍，随着技术发展，进一步挖掘潜力，性能可能会是传统硅基芯片的上百倍！同时还拥有更低的功耗。

　　其实，通信产品里有大量芯片，基站设备的DSP，路由器、调制解调器、交换机、手机等产品都需要芯片，而性能更强的芯片也就意味着更强的数据处理能力，意味着更快的通讯速度。

　　由于基带信号对带宽和各项处理资源的消耗很大，现有芯片和背板处理速度根本无法实现更大规模的基带资源集中调度和共享，同时在散热、功耗等方面也面临很大挑战。

　　若采用石墨烯材料，不但芯片处理能力、数据交换速率能得到大幅提升，石墨烯良好的导热、导电和耐温特性也使得在散热、功耗方面的要求降低，进而实现处理能力达到上万载频的集中式基带资源池。

　　未来无线通信技术无疑以满足高速数据业务为主，而传统的宏蜂窝技术已经无法满足应用，必然走向宏微结合的异构网络架构，引入大量 网元以满足室内以及热点场景的覆盖和容量需求。

　　但随着这些网元的引入，改变了原有宏站的网络拓扑结构，产生大量新的干扰场景，必须通过引入各种站间、宏微协同等技术予以消除，比如采用协同多点传送和接收技术，但会带来各种协同算法加载后的大量复杂计算对资源的消耗，而基于石墨烯材料的基带芯片大量应用，其强悍的运算能力将使这些原本需要海量运算能力的技术和算法具有可操作性。

　　石墨烯也可以作为天线的材料。美国佐治亚理工学院无线宽带网络实验室提出石墨烯无线天线构想，该构想中，由石墨烯制成的天线以1000GHz的频率正常工作，远超目前常规的天线。如果这个构想成为现实，那么就意味着更多高频段的频谱资源可以被开发出来用于未来的无线通信系统，从而提供更大的系统带宽和吞吐速率。

　　未来，5G通信的特性就是“万物互联”，具有热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠等特点——在人口密集区为用户提供1Gbps用户体验速率和 10Gbps峰值速率；具备超千亿网络连接的支持能力，满足100万/km2连接数密度指标要求；在车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

　　因此，大规模天线阵列、超密集组网、新型多址技术和全频谱接入等技术就成为5G无线技术的发展方向，而这都离不开石墨烯材料的广泛应用。同时，手机要拥有更强的续航能力，更快的运算速度，更好的拍照效果，更快的上网速度，更好的屏幕显示效果也离不开石墨烯。