突破硅基材料！复旦团队研制“无极”二维半导体微处理器，相关成果登《自然》

摩尔定律正逼近物理极限，如何突破这一瓶颈成了全世界集成电路领域科研工作者关注的事情，重要路径之一是利用新材料实现电子器件的迭代。

北京时间2025年4月2日晚23时，复旦大学周鹏、包文中联合团队在《自然》发表最新成果。团队经过五年技术攻关，成功研制全球首款基于二维半导体材料的32位RISC-V架构微处理器“无极（WUJI）”。

在32位输入指令的控制下，“无极”可以实现最大为42亿的数据间的加减运算，最长可达10亿条精简指令集的程序编写。

硅材料“制霸”集成电路制造业多年，工艺发展也日趋成熟。然而，随着器件尺寸不断缩小，硅材料的物理极限成为半导体发展过程中无法避免的挑战，具有原子层厚度的二维半导体是目前国际公认的破局关键。

数十年科研突破，科学家们已掌握晶圆级二维材料生长技术，并成功制造出只有数百个原子长度、若干个原子厚度的高性能基础器件。但另一道难题随之出现：如何将这些“原子级精密元件”组装成完整的集成电路系统呢？过去，相关器件的最高集成度仅停留在数百晶体管量级，始终未能跨越功能性微处理器的技术门槛。

为此，团队开发了AI驱动的一贯式协同工艺优化技术，通过“原子级界面精准调控”与“全流程AI算法优化”的双引擎，实现了集成工艺的精准控制。“‘无极’的工艺很复杂，参数设置单依靠人工很难完成，”包文中介绍，“引入人工智能后，可以迅速确定参数优化窗口，提升晶体管良率。”

从115个晶体管突破至5900个晶体管，“无极”在国际上实现了二维材料集成的最大规模验证纪录，完成了从材料到架构再到流片的全链条自主研发，利用原子级精度的加工和表征技术，验证了规模化的数字电路。“我们用微米级的工艺做到纳米级的功耗。而极低功耗的CPU可以助力人工智能更广泛应用。”周鹏说。

下一步，团队想要完成器件从实验室到市场的转化，尽快使其在实际产品中发挥作用。事实上，“无极”已经为产业化落地做好了准备：70%左右的工序直接沿用现有硅基产线成熟技术，而核心的二维特色工艺已构建包含20余项工艺发明专利，结合专用工艺设备的自主技术体系，助力产业化应用。

复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室包文中和周鹏为论文通讯作者，博士生敖明睿、周秀诚为论文第一作者。研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委等项目的资助，以及教育部创新平台的支持。