摩爾定律正逼近物理極限，如何突破這一瓶頸成了全世界集成電路領(lǐng)域科研工作者關(guān)注的事情，重要路徑之一是利用新材料實現(xiàn)電子器件的迭代。
北京時間2025年4月2日晚23時，復(fù)旦大學(xué)周鵬、包文中聯(lián)合團隊在《自然》發(fā)表最新成果。團隊經(jīng)過五年技術(shù)攻關(guān)，成功研制全球首款基于二維半導(dǎo)體材料的32位RISC-V架構(gòu)微處理器“無極（WUJI）”。
在32位輸入指令的控制下，“無極”可以實現(xiàn)最大為42億的數(shù)據(jù)間的加減運算，最長可達10億條精簡指令集的程序編寫。
硅材料“制霸”集成電路制造業(yè)多年，工藝發(fā)展也日趨成熟。然而，隨著器件尺寸不斷縮小，硅材料的物理極限成為半導(dǎo)體發(fā)展過程中無法避免的挑戰(zhàn)，具有原子層厚度的二維半導(dǎo)體是目前國際公認的破局關(guān)鍵。
數(shù)十年科研突破，科學(xué)家們已掌握晶圓級二維材料生長技術(shù)，并成功制造出只有數(shù)百個原子長度、若干個原子厚度的高性能基礎(chǔ)器件。但另一道難題隨之出現(xiàn)：如何將這些“原子級精密元件”組裝成完整的集成電路系統(tǒng)呢？過去，相關(guān)器件的最高集成度僅停留在數(shù)百晶體管量級，始終未能跨越功能性微處理器的技術(shù)門檻。
為此，團隊開發(fā)了AI驅(qū)動的一貫式協(xié)同工藝優(yōu)化技術(shù)，通過“原子級界面精準調(diào)控”與“全流程AI算法優(yōu)化”的雙引擎，實現(xiàn)了集成工藝的精準控制。“‘無極’的工藝很復(fù)雜，參數(shù)設(shè)置單依靠人工很難完成，”包文中介紹，“引入人工智能后，可以迅速確定參數(shù)優(yōu)化窗口，提升晶體管良率。”
從115個晶體管突破至5900個晶體管，“無極”在國際上實現(xiàn)了二維材料集成的最大規(guī)模驗證紀錄，完成了從材料到架構(gòu)再到流片的全鏈條自主研發(fā)，利用原子級精度的加工和表征技術(shù)，驗證了規(guī)?；臄?shù)字電路?！拔覀冇梦⒚准壍墓に囎龅郊{米級的功耗。而極低功耗的CPU可以助力人工智能更廣泛應(yīng)用?！敝荠i說。
下一步，團隊想要完成器件從實驗室到市場的轉(zhuǎn)化，盡快使其在實際產(chǎn)品中發(fā)揮作用。事實上，“無極”已經(jīng)為產(chǎn)業(yè)化落地做好了準備：70%左右的工序直接沿用現(xiàn)有硅基產(chǎn)線成熟技術(shù)，而核心的二維特色工藝已構(gòu)建包含20余項工藝發(fā)明專利，結(jié)合專用工藝設(shè)備的自主技術(shù)體系，助力產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室包文中和周鵬為論文通訊作者，博士生敖明睿、周秀誠為論文第一作者。研究工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委等項目的資助，以及教育部創(chuàng)新平臺的支持。
原標題：《突破硅基材料！復(fù)旦團隊研制“無極”二維半導(dǎo)體微處理器，相關(guān)成果登《自然》》
欄目主編：樊麗萍
來源：作者：文匯報 張菲埡
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