我国科学家突破二维半导体芯片技术瓶颈 全球首款32位RISC-V"无极"处理器问世

问题——硅基微缩逼近极限,产业亟需“后摩尔”新路径。长期以来,集成电路主要依靠制程微缩提升性能与能效,但当器件尺度不断逼近物理极限,漏电增加、散热压力上升、制造窗口变窄等问题愈发明显。尤其先进节点上,可靠性挑战、成本上行与供应链不确定性交织,推动全球学界与产业界加快寻找新材料、新结构与新工艺,以延续信息技术的增长空间。 原因——二维材料具备先天优势,但工程化长期受制于工艺与集成瓶颈。二维半导体厚度可降至原子层级,具备更低漏电与潜在低功耗特性,被认为是突破传统硅基限制的重要方向之一。然而,二维材料在晶圆尺度的均匀生长、器件一致性、工艺兼容性以及大规模集成上仍存难点,导致涉及的成果多停留在单器件或小规模电路验证,难以支撑可运行的处理器级系统。 影响——“无极”实现处理器级验证,提升二维芯片走向实用的可信度。复旦大学团队发布的“无极”处理器采用32位RISC-V指令架构,实现二维半导体在处理器层面的系统化集成验证。据介绍,该芯片集成约5900个晶体管,可执行37种32位指令,并在功耗与关态漏电控制上体现出二维材料的特点。相较以往二维电路集成规模受限的情况,该成果把二维半导体从“能做器件”推进到“能跑指令、能做系统”的阶段,为面向物联网、端侧智能、低功耗传感等应用的后续探索提供了更直接的实验与工程依据。 对策——以材料、生长、工艺、集成协同攻关,强调与现有产线的可迁移性。团队围绕晶圆级材料生长、器件制备与流程优化开展系统攻关:在晶圆上实现较均匀的二硫化钼薄膜生长,通过低能等离子等方法降低超薄材料在制造过程中的损伤,并优化关键参数以提升良率与一致性。有一点是,该路线强调尽可能复用成熟的硅基制造体系,据称约七成工序可与现有产线衔接,仅在二维材料关键环节引入专用工艺与设备。业内人士指出,工艺兼容性越高,导入门槛越低,有助于减少从科研到试产的成本与周期,也更利于形成可复制的工程化能力。 前景——从处理器到存储与示范线,二维半导体或形成与硅基互补的新生态。根据团队披露的规划,下一步将推进二维与硅基的混合集成、存储器件等方向,并在上海浦东建设二维半导体工程化示范线,目标实现通线及小批量制造能力,面向兆字节级存储器、百万门级电路等开展验证。业界普遍认为,二维半导体更现实的短期路径是与硅基形成互补:在功耗、漏电、尺寸受限等指标上发挥优势,在成熟制造体系与系统设计生态的支撑下逐步拓展应用边界。,RISC-V开放指令体系与国内完善的产业链协同,也将为相关路线的自主可控与规模化落地提供更多选择。

从材料到器件、从集成到系统验证,再到示范线布局,二维半导体的意义不仅在于单颗芯片的指标进展,更在于为后摩尔时代提供一条更接近工程落地、具备扩展潜力的技术选项。面向未来,能否把“实验室可行”继续推进到“产业可用”,仍取决于良率、可靠性、设计生态与规模制造等系统能力的持续积累。围绕关键环节稳步迭代、用工程化方法打通全链条,才能把新路线的潜力转化为产业层面的可预期成果。