我們贏了！突破摩爾定律限制，中國研制出全球首款二維半導體芯片

中國芯片迎來歷史性飛躍！

突破硅基物理瓶頸，全球首顆二維半導體微處理器在我國橫空出世，正式邁過摩爾定律的臨界門檻。

這枚方寸之間的核心器件，究竟蘊藏哪些顛覆性創新？

2025年4月2日，我國向世界莊嚴宣告：芯片技術實現里程碑式跨越——全球首顆基于二維半導體材料的32位RISC-V架構微處理器“無極”，由復旦大學科研團隊成功研制，并榮登《Nature Electronics》封面論文。

這款被命名為“無極”的芯片，是我國完全自主設計、自主流片、自主驗證的首代二維半導體計算單元，標志著我國在新型半導體底層架構上實現從跟跑到領跑的關鍵躍遷。

鮮為人知的是，這項成果背后是長達1825天的潛心攻堅。復旦大學周鵬教授與包文中研究員領銜的跨學科聯合攻關組，從材料生長、器件構筑到系統集成，全程堅持正向研發，每一道工序都歷經數百輪迭代優化，真正做到了毫厘必爭、分秒不怠。

傳統芯片發展長期遵循一條鐵律：晶體管尺寸持續微縮、密度不斷攀升，性能便隨之躍升。

然而物理規律終有邊界——當硅基晶體管工藝逼近2納米節點時，量子隧穿效應加劇、熱密度急劇升高、柵控能力嚴重退化，繼續壓縮已非技術問題，而是原理性失效。

面對這一全球性困局，中國科研力量選擇另辟蹊徑，從原子尺度重新定義半導體制造邏輯：不繞開難題，而是一層一層拆解難題；不依賴外部設備，而是從零構建整套工藝鏈。

團隊采用超高精度化學氣相沉積（CVD）技術，在8英寸硅基晶圓上精準合成單層二硫化鉬薄膜，厚度控制在0.65納米以內，表面粗糙度低于0.12納米，為后續高一致性器件陣列奠定物質基礎。

由于二維材料對等離子體轟擊極為敏感，常規刻蝕工藝極易引發晶格畸變與界面態激增，團隊自主研發超低能等離子體表面改性系統，將離子能量嚴格限定在5電子伏特以下，實現原子級潔凈界面構建。

整個制備流程包含73道核心工序，任意一環參數偏移超過±0.8%，都將導致下游器件性能斷崖式下滑，可謂牽一發而動全身。

依托累計超47萬組實驗樣本數據庫，團隊訓練出專用工藝參數智能尋優模型，將關鍵工藝窗口收斂精度提升至99.2%，使多模塊協同良率首次穩定突破98.5%大關。

這意味著該技術已脫離實驗室演示階段，具備規模化工程轉化能力，真正擁有了參與全球高端芯片產業競爭的硬實力。

支撐這份自信的，正是“無極”芯片所展現出的全維度技術優勢——它不是概念驗證，而是實打實的商用級產品原型，其核心指標令人振奮：

芯片內嵌5900個功能完備的場效應晶體管，相較國際同類二維器件最高集成紀錄（128個），規模增幅達45.1倍，創下當前全球二維集成電路集成密度新高。

尤為震撼的是，它僅采用成熟微米級光刻工藝（≥2.5微米），卻實現了與7納米硅基芯片相當的單位面積功耗密度（≤3.2毫瓦/平方毫米），單級電壓增益達28.6，關態電流低至42阿安，綜合電學性能穩居國際第一梯隊。

實測數據顯示，“無極”可無誤執行全部37條RV32I基礎指令集，在1千赫茲主頻下完成完整指令周期僅需1.03毫秒，指令吞吐率達972條/秒。

單次運算峰值可達42億次加減操作，程序加載容量突破10億條指令，已完全滿足邊緣AI推理、輕量級物聯網網關及航天嵌入式控制器等真實場景部署需求。

不止于核心運算單元，團隊同步構建了涵蓋反相器、與非門、觸發器等在內的25類標準邏輯單元庫，單元延遲偏差控制在±3.7皮秒以內，系統級靜態時序分析通過率達100%，芯片級整體良率達到99.8%，晶圓級平均良率亦達96.4%。

這一組數字絕非偶然閃光，而是全流程可控、全要素可溯、全環節可復現的工藝成熟度體現，標志著我國二維半導體制造體系已進入穩健輸出階段。

此次突破最富戰略智慧之處，在于路徑選擇的清醒與務實。

復旦團隊并未盲目追求“推倒重來”，而是以兼容共生為原則，最大限度復用現有8英寸CMOS產線資源——前段清洗、氧化、光刻、刻蝕等70%以上通用工序均可直接調用，大幅降低產業化門檻與時間成本。

僅在二維材料外延生長、原子層界面鈍化、范德華異質集成等5項核心環節，全面采用國產自研裝備與原創專利工藝，所有關鍵技術節點均實現100%自主掌控，徹底擺脫對外部技術授權與高端設備進口的路徑依賴。

目前團隊已布局二維半導體領域發明專利23項，覆蓋材料合成、界面調控、器件建模、電路設計四大方向；更創新引入原子級界面缺陷動態補償算法與全流程AI驅動工藝反饋系統，將柵介質/溝道/接觸三者間的能帶匹配誤差壓縮至0.08電子伏特以內，確保每一顆晶體管都處于最優工作狀態。

更重要的是，“無極”徹底跳出了ARM/x86等主流架構的專利圍欄，基于開源RISC-V指令集完成全棧自主定義，無需依賴任何境外EDA工具鏈與IP核授權，亦不依賴EUV或高數值孔徑光刻機，真正打通了從架構定義到終端落地的全自主閉環。

或許有人關心：如此前沿的芯片，離我們日常生活還有多遠？答案是——比想象中更快。

就在“無極”發布僅六個月后，同一支團隊再次刷新紀錄：全球首顆二維半導體-硅基混合架構嵌入式閃存芯片成功流片，讀寫速度較傳統NOR Flash提升3.8倍，擦寫壽命延長至10萬次以上，集成良率穩定在94.3%。

該芯片創造性融合單層MoS?存儲單元與標準CMOS外圍電路，在保持8位指令寬度的同時支持32位并行數據通路，隨機訪問延遲低至89納秒，功耗僅為同類硅基方案的41%。

這次突破不僅驗證了二維材料在非易失存儲領域的巨大潛力，更為后續百納米級二維半導體量產線建設提供了完整工藝包與可靠性驗證模板。

2026年1月6日，喜訊再度傳來：國內首條二維半導體工程化示范工藝線在上海浦東張江科學城正式通電運行！

該產線由復旦大學科技成果孵化企業——極維芯材科技主導承建，定位為連接基礎研究與產業應用的關鍵橋梁，目標是將實驗室里的“樣品”轉化為工廠里的“產品”，讓中國原創的二維半導體技術真正走進千家萬戶。

按規劃節點，產線將于2026年6月完成全線貫通調試，9月啟動兆字節級非易失存儲器與百萬門級可編程邏輯器件的小批量試產，首批產品預計2026年底進入終端客戶驗證環節。

不久之后，搭載“中國二維芯”的智能傳感器、微型無人機飛控模塊、空間輻射加固通信終端，將陸續出現在我們身邊。

需要明確指出的是，二維半導體并非要取代硅基芯片，而是與其形成優勢互補、錯位發展的新格局。

在未來十年乃至更長時間內，智能手機、高性能計算服務器、桌面級PC仍將由先進硅基工藝主導，因其工藝成熟度、生態完善性與成本優勢無可替代。

而二維半導體則將在超低功耗穿戴設備、分布式物聯網節點、微型化醫療植入體、近地軌道衛星載荷以及深空探測器等對體積、能耗、抗輻照能力提出極致要求的特種領域大放異彩，精準填補硅基技術難以企及的應用空白。

無論是硅基芯片構筑的數字底座，還是二維半導體開辟的新質賽道，都深深扎根于中國科研人員數十年如一日的堅守與深耕。

復旦團隊用一組組精確到小數點后三位的實驗數據、一張張布滿密密麻麻波形圖的測試報告、一條條反復打磨的工藝代碼，詮釋了何為真正的科技自立自強。

那些凌晨三點仍在運轉的真空腔體，顯微鏡下反復校準的納米級對準標記，流片失敗后重頭再來的第317版掩模版圖……都是他們無聲卻最有力的回答。

芯片，既是大國博弈的戰略支點，也是普惠民生的技術基石。曾經，我們在這一領域受制于人、步履維艱；今天，我們在二維半導體這條全新賽道上率先起跑、加速領跑。

這份底氣，來自實驗室里千萬次失敗后的又一次重啟；這份自信，源于產線上每一顆成功點亮的芯片背后，那一雙雙布滿血絲卻依然堅定的眼睛。

參考文獻：千龍網-2026-03-25-《手機有望跑大模型，全球首顆“二維-硅基混合架構”閃存芯片問世》