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復(fù)旦研制二維 “無(wú)極” 芯片
復(fù)旦研制二維 “無(wú)極” 芯片
2025 年 4 月 2 日，復(fù)旦大學(xué)傳來振奮人心的消息，該校集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周鵬、包文中聯(lián)合團(tuán)隊(duì)成功研制出基于二維半導(dǎo)體材料的 32 位 RISC-V 架構(gòu)微處理器 ——“無(wú)極（WUJI）”。相關(guān)成果以《基于二維半導(dǎo)體的 RISC-V 32 比特微處理器》為題，在國(guó)際前列學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）主刊上發(fā)表，這標(biāo)志著中國(guó)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(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)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(dǎo)體憑借其原子級(jí)超薄特性，被視為破局的關(guān)鍵所在。然而，將二維半導(dǎo)體材料應(yīng)用于實(shí)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(jí)，始終無(wú)法跨越功能性微處理器的技術(shù)門檻。
經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)五年的艱苦攻關(guān)與技術(shù)迭代，復(fù)旦團(tuán)隊(duì)成功攻克了這一世界性難題?！盁o(wú)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(shì)。在3 微米的工藝下，“無(wú)極” 就能實(shí)現(xiàn)與 28 納米硅基芯片相當(dāng)?shù)哪芎乃健Ｆ浠陂_源的 RISC - V 架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持 32 位指令集，運(yùn)算能力十分強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)為 42 億的數(shù)據(jù)間加減運(yùn)算，同時(shí)支持 GB 級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問，能夠編寫長(zhǎng)達(dá) 10 億條的精簡(jiǎn)指令集程序。
在集成度方面，團(tuán)隊(duì)取得了重大突破，實(shí)現(xiàn)了 5900 個(gè)晶體管的集成，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此前國(guó)際比較高水平的 115 個(gè)晶體管記錄。為解決材料生長(zhǎng)、接觸界面、柵介質(zhì)耦合等關(guān)鍵工藝難題，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了 “原子級(jí)界面精細(xì)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(xì)調(diào)控原子級(jí)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(duì)全流程進(jìn)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(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)晶體管性能的精細(xì)控制，使得反相器良率高達(dá) 99.77%，具備單級(jí)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(tuán)隊(duì)開發(fā)的二維半導(dǎo)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(xiàng)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(shí)，二維半導(dǎo)體材料無(wú)需依賴極紫外光刻機(jī)（EUV），簡(jiǎn)化了制造流程，減少了對(duì)前端設(shè)備的依賴，為我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展提供了新的路徑。
目前，“無(wú)極” 已進(jìn)入中試階段，團(tuán)隊(duì)計(jì)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(jì)未來 3 - 5 年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。復(fù)旦大學(xué)的這一成果，是中國(guó)在半導(dǎo)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(shí)代的芯片技術(shù)發(fā)展提供全新范式，推動(dòng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)朝著多元化、低碳化方向發(fā)展。相信隨著 “無(wú)極” 微處理器的不斷完善與產(chǎn)業(yè)化，將為我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣算力、AI 推理等前沿計(jì)算場(chǎng)景的發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力，助力中國(guó)在全球科技競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)更有利的地位。
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