我們贏了！突破摩爾定律限制，中國(guó)研制出全球首款二維半導(dǎo)體芯片

硅基材料遇極限，摩爾定律難續(xù)航

芯片行業(yè)這些年一直靠著老規(guī)矩往前走，晶體管越擠越密，性能跟著往上提。可硅材料做到兩納米附近，物理空間已經(jīng)滿(mǎn)得不行，電子漏電散熱這些毛病就冒出來(lái)了。全世界都在琢磨新辦法，二維半導(dǎo)體因?yàn)橹挥袔讉€(gè)原子那么薄，就成了大家公認(rèn)能繞開(kāi)這些坎兒的路子。這種材料平鋪開(kāi)來(lái)，厚度極小，卻能保持不錯(cuò)的電子特性，說(shuō)白了就是在更小的尺度上還能穩(wěn)穩(wěn)干活兒。

以前國(guó)外團(tuán)隊(duì)也試過(guò)用這類(lèi)材料搭電路，不過(guò)集成度卡在百來(lái)個(gè)晶體管上頭，很多時(shí)候東西做出來(lái)還跑不穩(wěn)當(dāng)。工藝精度跟不上，材料缺陷一堆，良率低得讓人撓頭。那時(shí)候研究人員就得一遍遍調(diào)參數(shù)，測(cè)試電流電壓數(shù)據(jù)，慢慢找問(wèn)題根源。中國(guó)這邊復(fù)旦團(tuán)隊(duì)盯上這個(gè)方向后，扎扎實(shí)實(shí)干了五年，從材料生長(zhǎng)起步，一步步把工藝摳細(xì)。

他們用化學(xué)氣相沉積法在晶圓上長(zhǎng)二硫化鉬，確保每一層都均勻平整。接著低能量等離子體處理表面，避免高能粒子把薄層材料碰壞。整個(gè)集成過(guò)程環(huán)環(huán)相扣，前一步出點(diǎn)小差，后一步就跟著受影響，所以他們靠積累的大量數(shù)據(jù)，結(jié)合人工智能算法優(yōu)化參數(shù)窗口，把協(xié)同良率控制住。結(jié)果證明，二維材料不是只能做簡(jiǎn)單器件，完全能往系統(tǒng)級(jí)集成走。

集成規(guī)模破紀(jì)錄，系統(tǒng)驗(yàn)證首登場(chǎng)

2025年4月2日，成果正式在國(guó)際頂刊上發(fā)表，全球首款基于二維半導(dǎo)體的三十二位RISC-V架構(gòu)微處理器問(wèn)世，取名無(wú)極。它集成了五千九百個(gè)晶體管，一下子就把國(guó)際上之前的最高紀(jì)錄拉高五十多倍。這芯片用的是微米級(jí)工藝，卻在功耗上跟納米級(jí)硅基芯片差不多水平，單級(jí)增益高，關(guān)態(tài)漏電極低，性能達(dá)到同期最優(yōu)。

芯片能串行執(zhí)行三十七種三十二位指令，在一千赫茲時(shí)鐘頻率下穩(wěn)定運(yùn)行。最大支持四十二億次數(shù)據(jù)加減運(yùn)算，還能處理十億條程序，存儲(chǔ)訪問(wèn)和控制邏輯都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格驗(yàn)證。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了二十五種邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)，把整個(gè)系統(tǒng)搭得完整。測(cè)試下來(lái)整體良率接近百分之九十九點(diǎn)八，芯片級(jí)良率也高達(dá)百分之九十九點(diǎn)八，說(shuō)明工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟。

這事兒的關(guān)鍵在于，他們沒(méi)走完全顛覆老路的路子，而是讓百分之七十的工序直接兼容現(xiàn)有硅基產(chǎn)線，只在核心二維特色環(huán)節(jié)用自主設(shè)備和專(zhuān)利技術(shù)。二十多項(xiàng)工藝發(fā)明專(zhuān)利護(hù)航，原子級(jí)界面調(diào)控加上全流程算法優(yōu)化，把材料接觸柵介質(zhì)后道工藝精確耦合起來(lái)。RISC-V開(kāi)源架構(gòu)也幫了大忙，整個(gè)芯片自主可控，不依賴(lài)外部尖端光刻機(jī)。

示范工藝線點(diǎn)亮，工程轉(zhuǎn)化再提速

成果出來(lái)沒(méi)多久，同年十月團(tuán)隊(duì)又推出二維半導(dǎo)體跟硅基混合架構(gòu)的閃存芯片。這回把超快存儲(chǔ)器件跟成熟CMOS工藝融合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了全球首顆這類(lèi)高復(fù)雜度指令驅(qū)動(dòng)芯片。集成良率達(dá)到百分之九十四點(diǎn)三，支持八位指令加三十二位并行處理，速度上比傳統(tǒng)閃存有明顯提升，工程化又往前邁了一大步。

到了2026年1月6日，國(guó)內(nèi)首條二維半導(dǎo)體工程化示范工藝線在上海浦東正式點(diǎn)亮。由復(fù)旦孵化企業(yè)主導(dǎo)建設(shè)，這條線把實(shí)驗(yàn)室技術(shù)往產(chǎn)業(yè)端推，計(jì)劃六月通線，九月就能小批量產(chǎn)出兆字節(jié)級(jí)存儲(chǔ)器和百萬(wàn)門(mén)級(jí)電路。核心工藝實(shí)現(xiàn)規(guī)模化復(fù)制，標(biāo)志著從驗(yàn)證原型到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化有了實(shí)打?qū)嵉钠脚_(tái)。

中國(guó)科學(xué)家用實(shí)打?qū)嵉呐Γ讯S半導(dǎo)體從實(shí)驗(yàn)室單管器件推到系統(tǒng)級(jí)微處理器，再到混合集成和工程示范。技術(shù)路線跟硅基長(zhǎng)期互補(bǔ)，在低功耗場(chǎng)景里優(yōu)勢(shì)突出，為芯片產(chǎn)業(yè)開(kāi)辟了新路徑。自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)打底，外部壓力再大也擋不住創(chuàng)新腳步，該有的技術(shù)一步步都拿下來(lái)了。

這芯片不光是數(shù)字上的突破，更是在材料和工藝上實(shí)實(shí)在在的自主創(chuàng)新。摩爾定律碰墻后，新材料接力上陣，中國(guó)團(tuán)隊(duì)搶先驗(yàn)證了可行性。后續(xù)工藝線運(yùn)行起來(lái)，集成度還會(huì)繼續(xù)往上提，應(yīng)用場(chǎng)景也會(huì)越來(lái)越廣。科技發(fā)展就是這樣，一點(diǎn)一滴積累，成果經(jīng)得起檢驗(yàn)，大家伙兒看在眼里也更有底氣。

芯片這東西關(guān)系國(guó)計(jì)民生，無(wú)極的出現(xiàn)讓咱們?cè)诤竽枙r(shí)代多了一條靠譜的路。混合閃存和示范線的推進(jìn)，說(shuō)明全鏈條自主研發(fā)已經(jīng)走通。站在現(xiàn)在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上，回頭看五年攻關(guān)，值了。技術(shù)自立自強(qiáng)不是空話，是實(shí)驗(yàn)室里調(diào)參數(shù)、產(chǎn)線上點(diǎn)亮設(shè)備，一步一個(gè)腳印干出來(lái)的。

大家平時(shí)用手機(jī)電腦，可能沒(méi)想過(guò)里面晶體管有多擠。可現(xiàn)在二維材料把原子層厚度利用起來(lái)，功耗低了，性能還能跟上，等于給電子設(shè)備續(xù)了命。RISC-V架構(gòu)的靈活性也讓設(shè)計(jì)更自由，不用被老架構(gòu)綁住手腳。

從材料生長(zhǎng)到系統(tǒng)驗(yàn)證，再到產(chǎn)業(yè)示范，整個(gè)鏈條閉環(huán)了。這不只是一個(gè)芯片的故事，更是半導(dǎo)體技術(shù)迭代的縮影。硅基有硅基的強(qiáng)項(xiàng)，二維有二維的特色，兩邊互補(bǔ)著來(lái)，產(chǎn)業(yè)才會(huì)走得更遠(yuǎn)。無(wú)極芯片的意義，就在于它證明了新路線走得通，而且走得穩(wěn)。