我们赢了！突破摩尔定律限制，中国研制出全球首款二维半导体芯片

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2026年3月25日，中关村论坛年会盛大启幕。国家自然科学基金委员会现场揭晓2025年度“中国科学十大进展”榜单。其中，复旦大学牵头完成的“全功能二维半导体/硅基混合架构异质集成闪存芯片”赫然上榜——这是本年度上海地区高校唯一入选成果，更是我国在下一代集成电路核心载体领域交付的首套完整技术体系。

真正引发全球半导体产业深度震动的，是2025年4月刊发于国际权威学术期刊《自然》（Nature）的另一项里程碑式突破：全球首颗基于二维半导体材料构建的32位RISC-V指令集微处理器“无极”（WUJI）。该芯片成功将5900个二硫化钼场效应晶体管高密度集成于单颗晶粒之上，一举刷新此前由海外团队保持的115个晶体管集成纪录，跃升幅度达51倍之多。

这一跃升背后，蕴藏着深远的战略意义：当传统硅基芯片日益逼近原子尺度物理瓶颈之际，中国科研力量以十年持续攻坚为支点，在全新技术路径上实现了从跟跑到领跑的历史性跨越。

二维半导体材料仅具1至3个原子层厚度，比人类发丝横截面还要薄十万倍。依托其原子级平整表面与强量子限域效应，所制备晶体管天然具备超低亚阈值摆幅、极小关态漏电流等优势，可在显著降低功耗的同时大幅提升开关速度。

然而，这张“原子级薄纸”亦极度娇嫩。要在其上精准构筑数以千计功能一致、电学参数稳定的晶体管阵列，并实现复杂互连与系统级协同，已成为全球微电子学界十余年未能攻克的核心难题。

自2014年起，复旦大学研究团队便锚定这一前沿方向展开系统攻关。早期阶段，该类材料甚至无法在8英寸晶圆尺度实现均匀成核与可控外延生长，更遑论开展电路集成验证。团队坚持全链条自主创新：基础材料合成路径自主设计、关键制备工艺自主开发、专用原位表征装备自主研制。

2025年4月，由周鹏教授与包文中教授联合领衔的攻关组正式发布“无极”芯片。该器件采用完全开源的RISC-V 32位指令集架构，所有5900个二硫化钼晶体管均能稳定执行标准汇编指令流。团队同步构建起涵盖反相器、与非门、触发器等25类基础单元的完备标准单元库，其中反相器阵列实测良率达99.77%，远超同类原型芯片水平。

它已超越单一器件范畴，成为全球首个基于二维半导体材料实现完整图灵计算能力的可编程微处理器系统。它的诞生确凿无疑地证明：二维材料不仅能支撑单点晶体管结构，更可承载具备实际运算功能的复杂片上系统。

“无极”成功破解了逻辑运算维度的技术壁垒。但现代计算体系仍面临另一道严峻瓶颈——“存储墙”。即便处理器运算速率持续攀升，数据在存储单元与计算单元之间的迁移延迟却始终居高不下，大量能量被消耗于无效的数据搬运过程之中。

同在2025年4月，周鹏—刘春森联合团队再度于《自然》发表突破性成果：“破晓”二维非易失存储原型器件。该器件实现400皮秒级电荷写入/擦除响应时间，创下当前半导体存储领域最快纪录，其读写速率较商用NAND闪存提升逾10万倍。

但仅有性能卓越的单体元件尚不足以驱动产业变革。真正的挑战在于如何将其无缝嵌入现有成熟制造生态。历经数十年演进，硅基CMOS产线已形成高度标准化、规模化的工艺体系，全面替代既不经济亦不可行。

团队提出“异构共融”新范式：不颠覆既有硅基工艺，而是将二维功能层作为增强模块直接集成于先进CMOS电路之上。该方案最大难点在于尺度鸿沟——硅衬底厚度达数百微米，而二维功能层厚度不足1纳米，二者厚度相差六个数量级；若直接堆叠于表面起伏超百纳米的CMOS互连结构之上，极易发生层间断裂或界面失效。

研究团队另辟蹊径，充分利用二维材料优异的机械柔性，采用“分步制造、异步集成”策略：先分别独立完成二维存储阵列与硅基逻辑电路的全流程制备，再借助微米级垂直通孔实现跨尺度三维电学互连。最终研制出的混合架构芯片整体集成良率突破94%，正式命名为“长缨”（CY-01架构），取意“长缨在手，缚住苍龙”。

2025年10月8日，“长缨”成果再次登上《自然》封面。2026年3月25日，该项目成功入选“中国科学十大进展”。周鹏教授在中关村论坛现场用一组直观对比诠释其价值：运行同等规模大语言模型时，传统方案需调用9张英伟达A100加速卡，而搭载量产版“长缨”芯片的单板系统即可完成全部计算任务。

科学发现只是起点，工程落地才是关键。令产业界高度振奋的是，2026年1月，全国首条二维半导体工程化示范工艺线在上海浦东新区正式启动运行。

这条占地约1000平方米的中试产线，由复旦大学科技成果转化孵化企业——原集微科技有限公司承建。“无极”系列技术成果由此迈入规模化验证与产业化培育新阶段。

最具现实意义的数据来自工艺兼容性指标：“无极”相关集成流程中，约70%工序可直接复用现有硅基8英寸/12英寸产线的通用设备与标准工艺模块。其余30%核心特色工艺环节，团队已布局20余项发明专利，构建起覆盖材料生长、转移、刻蚀、封装的全栈自主知识产权体系。

包文中教授曾以生动比喻阐释技术本质：硅材料如同致密花岗岩，传统光刻与刻蚀工具即可高效雕琢；二维半导体则似凝脂豆腐，稍有扰动即碎裂变形，必须配套开发专用柔性转移平台与应力缓冲工艺。但只要实现与主流产线的高度协同，产业化节奏将大幅提速。

根据建设路线图，该示范线计划于2026年6月完成全线贯通调试，年底前达成等效硅基90纳米CMOS工艺节点及MB级非易失存储器的功能验证；2027年冲刺等效28纳米工艺能力；2028年力争提供面向高性能计算场景的等效5纳米乃至3纳米级二维混合集成解决方案。

那么，二维半导体是否会全面取代硅基技术？复旦团队对此给出明确回应：不会。

“就像城市轨道交通网络建成之后，常规公交系统依然不可或缺，二维半导体芯片与硅基芯片并非替代关系，而是功能互补、场景适配的共生体系。”周鹏教授指出。前者在超低功耗边缘终端、高频射频前端、柔性可穿戴设备等领域优势突出；后者则在高压功率器件、高可靠性车规芯片、大型数据中心主控单元等关键场景中保持不可撼动的地位。

两条技术路线长期并行发展、差异化应用将成为主流趋势。而根本性转变在于：中国在硅基芯片时代长期处于技术追赶序列；而在二维半导体这一全新赛道上，已实现从原始创新、原理验证、系统集成到工程化示范的全周期主导，稳居全球第一梯队前列。

目前，英特尔、三星电子、台积电及欧洲微电子研究中心（IMEC）均已将二维半导体列为突破1纳米制程后延续摩尔定律的核心候选技术路径。而中国，已在2026年率先点亮全球首条具备真实工程能力的二维半导体示范产线。

从“无极”开启的逻辑计算新纪元，到“长缨”实现的存算一体新架构，再到示范产线点亮所标志的产业化新起点，复旦团队以十年磨一剑的坚守，完成了从量子物理原理探索到高端制造落地的完整闭环。这不仅是几篇顶级期刊论文的累积，更是中国在全球下一代计算基础设施标准制定权争夺战中，掷地有声地镌刻下属于自己的技术坐标。

二维半导体芯片的大规模商用尚需时日，但当我们回望2026年这个时间节点，那堵曾长期横亘于中国集成电路产业发展前路上的物理极限之墙，已被一道由自主创新凿开的坚实裂口彻底穿透。

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