【導(dǎo)讀】近日，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院聯(lián)合紹芯實(shí)驗(yàn)室取得重大突破，成功研發(fā)出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(wú)極”，并完成流片驗(yàn)證。該研究成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》，標(biāo)志著我國(guó)在新型半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的關(guān)鍵跨越，也為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)突破技術(shù)瓶頸提供了全新路徑。
在芯片制造領(lǐng)域，“摩爾定律”長(zhǎng)期被視為技術(shù)發(fā)展的“天花板”。該定律由英特爾創(chuàng)始人戈登?摩爾于1965年提出，認(rèn)為芯片上可容納的晶體管數(shù)量約每?jī)赡攴槐叮阅芤搽S之提升。然而，隨著制程工藝逼近1納米的物理極限，全球芯片研發(fā)陷入停滯。目前，最先進(jìn)的量產(chǎn)芯片制程為3納米，而1納米制程的攻關(guān)已成為全球?qū)嶒?yàn)室共同面臨的難題。
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在此背景下，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)基于二維材料二硫化鉬（MoS?）研發(fā)的“無(wú)極”芯片，以5900個(gè)晶體管的集成規(guī)模，打破了二維半導(dǎo)體材料難以規(guī)?；瘧?yīng)用的困局。相比2017年奧地利維也納工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)下的115個(gè)晶體管紀(jì)錄，“無(wú)極”芯片的集成度提升了50倍，被國(guó)際學(xué)界評(píng)價(jià)為“突破摩爾定律的重要里程碑”。
二維材料二硫化鉬的厚度僅為0.65納米，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的十萬(wàn)分之一。在如此極薄的材質(zhì)上制造電路，被研究人員形容為“在豆腐上雕花”——任何細(xì)微的能量偏差都可能導(dǎo)致材料損傷。
為解決這一難題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新開發(fā)了“柔性等離子刻蝕技術(shù)”，將工藝能量精準(zhǔn)控制在5電子伏特（eV）以下，接近日常日光燈的能量水平，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)原子級(jí)材料的無(wú)損加工。此外，面對(duì)上百道工序參數(shù)的組合優(yōu)化難題，團(tuán)隊(duì)引入人工智能技術(shù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析十萬(wàn)組歷史數(shù)據(jù)，在72小時(shí)內(nèi)鎖定最優(yōu)工藝配方，將核心元件反相器的良率提升至全球最高水平。
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據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，“無(wú)極”芯片不僅實(shí)現(xiàn)了工藝突破，其性能也可媲美英特爾最新一代產(chǎn)品。更值得關(guān)注的是，該芯片具備多重優(yōu)勢(shì)：
超薄特性：厚度不足1納米，為未來芯片的進(jìn)一步微型化開辟了道路；
環(huán)境適應(yīng)性：可在極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，適用于航天探測(cè)器、深海傳感器等特種領(lǐng)域；
超低功耗：顯著提升邊緣計(jì)算設(shè)備的能效比，實(shí)現(xiàn)算力提升而續(xù)航不減。
這些特性使得“無(wú)極”芯片在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛等前沿科技領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，“無(wú)極”芯片已進(jìn)入認(rèn)證階段，其產(chǎn)業(yè)化路徑也日益清晰。團(tuán)隊(duì)采用“70%工序沿用成熟硅基生產(chǎn)線+30%核心工藝改造”的混搭策略，構(gòu)建了20余項(xiàng)核心工藝專利體系。同時(shí)，與中芯國(guó)際合作建設(shè)的8英寸試驗(yàn)線計(jì)劃于近幾年投產(chǎn)，為大規(guī)模量產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
這一突破不僅意味著技術(shù)上的領(lǐng)先，更代表著中國(guó)在高端芯片領(lǐng)域自主創(chuàng)新能力的全面提升。正如一位網(wǎng)友所言：“從前多種核心技術(shù)依賴進(jìn)口，如今越來越多高端領(lǐng)域的選擇權(quán)終于握在自己手中。”
結(jié)語(yǔ)：從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的中國(guó)芯片之路
