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復旦研制二維 “無極” 芯片
復旦研制二維 “無極” 芯片
2025 年 4 月 2 日，復旦大學傳來振奮人心的消息，該校集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室周鵬、包文中聯(lián)合團隊成功研制出基于二維半導體材料的 32 位 RISC-V 架構(gòu)微處理器 ——“無極（WUJI）”。相關(guān)成果以《基于二維半導體的 RISC-V 32 比特微處理器》為題，在國際前列學術(shù)期刊《自然》（Nature）主刊上發(fā)表，這標志著中國在芯片自主化道路上邁出了具有里程碑意義的關(guān)鍵一步。
近年來，隨著半導體技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)硅基半導體逐漸逼近物理極限，尋找新型芯片材料成為全球科研人員共同面臨的挑戰(zhàn)。二維半導體憑借其原子級超薄特性，被視為破局的關(guān)鍵所在。然而，將二維半導體材料應(yīng)用于實際芯片制造，面臨著諸多難題。其中，工藝精度與規(guī)模均勻性的協(xié)同良率控制，成為阻礙其從基礎(chǔ)器件邁向完整集成電路系統(tǒng)的 “攔路虎”，過去該領(lǐng)域的比較高集成度停留在數(shù)百晶體管量級，始終無法跨越功能性微處理器的技術(shù)門檻。
經(jīng)過長達五年的艱苦攻關(guān)與技術(shù)迭代，復旦團隊成功攻克了這一世界性難題?！盁o極” 微處理器采用二硫化鉬（MoS?）作為中心材料，這種材料的單原子層厚度使其在降低器件功耗方面具有天然優(yōu)勢。在3 微米的工藝下，“無極” 就能實現(xiàn)與 28 納米硅基芯片相當?shù)哪芎乃?。其基于開源的 RISC - V 架構(gòu)設(shè)計，支持 32 位指令集，運算能力十分強大，可實現(xiàn)為 42 億的數(shù)據(jù)間加減運算，同時支持 GB 級數(shù)據(jù)存儲與訪問，能夠編寫長達 10 億條的精簡指令集程序。
在集成度方面，團隊取得了重大突破，實現(xiàn)了 5900 個晶體管的集成，遠遠超過此前國際比較高水平的 115 個晶體管記錄。為解決材料生長、接觸界面、柵介質(zhì)耦合等關(guān)鍵工藝難題，團隊自主研發(fā)了 “原子級界面精細調(diào)控 + 全流程 AI 算法優(yōu)化” 的雙引擎技術(shù)。一方面，通過精細調(diào)控原子級界面，保障了芯片制造過程中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性；另一方面，利用 AI 算法對全流程進行優(yōu)化，將原本需要數(shù)月的工藝調(diào)試周期大幅縮短至數(shù)天，同時實現(xiàn)了對晶體管性能的精細控制，使得反相器良率高達 99.77%，具備單級高增益和關(guān)態(tài)較低漏電等優(yōu)異性能。
值得一提的是，在團隊開發(fā)的二維半導體集成工藝中，約 70% 的工序可直接沿用現(xiàn)有硅基產(chǎn)線的成熟技術(shù)，而中心的二維特色工藝已構(gòu)建起包含 20 余項工藝發(fā)明專利的自主技術(shù)體系，并結(jié)合使用工藝設(shè)備，較大降低了產(chǎn)業(yè)化門檻。同時，二維半導體材料無需依賴極紫外光刻機（EUV），簡化了制造流程，減少了對前端設(shè)備的依賴，為我國芯片產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展提供了新的路徑。
目前，“無極” 已進入中試階段，團隊計劃將其與現(xiàn)有硅基產(chǎn)線相結(jié)合，加速技術(shù)轉(zhuǎn)化，預(yù)計未來 3 - 5 年內(nèi)可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。復旦大學的這一成果，是中國在半導體材料領(lǐng)域的重大突破，更可能重塑全球芯片產(chǎn)業(yè)格局，為后摩爾時代的芯片技術(shù)發(fā)展提供全新范式，推動全球半導體產(chǎn)業(yè)朝著多元化、低碳化方向發(fā)展。相信隨著 “無極” 微處理器的不斷完善與產(chǎn)業(yè)化，將為我國在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣算力、AI 推理等前沿計算場景的發(fā)展注入強大動力，助力中國在全球科技競爭中占據(jù)更有利的地位。
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