用微米级工艺做到纳米级功耗

本报讯（记者 张炯强）近期，复旦大学周鹏、包文中联合团队突破二维半导体电子学集成度瓶颈，成功研制出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，支持GB级数据存储和访问，以及最长可达10亿条精简指令集的程序编写。北京时间2025年4月2日晚，相关成果以《基于二维半导体的RISC-V 32比特微处理器》为题发表于国际顶尖期刊《自然》。

面对摩尔定律逼近物理极限的全球性挑战，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。历经国际学术界与产业界十余年攻关，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。但要将这些“原子级精密元件”组装成完整的集成电路系统，却始终受困于工艺精度与规模均匀性的协同良率控制难题，未能跨越功能性微处理器的技术门槛。

经过五年技术攻关和迭代，复旦大学周鹏、包文中联合团队取得突破性成果——“无极（WUJI）”成功问世。该处理器通过自主创新的特色集成工艺，通过开源简化指令集计算架构（RISC-V），在国际上实现了二维逻辑功能最大规模验证纪录（集成5900个晶体管），完成了从材料到架构再到流片的全链条自主研发。“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。

复旦团队在二维半导体集成电路领域深耕十余年，特别是团队创新开发的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+全流程AI算法优化”双引擎，实现从材料生长到集成工艺的精准控制。“无极”工艺流程非常复杂，参数设置依靠人工很难完成。引入机器学习AI赋能后，可迅速确定参数优化窗口，提升晶体管良率。这些二维半导体集成工艺中，70%左右的工序可直接沿用现有硅基产线成熟技术，而核心的二维特色工艺也已构建包含二十余项工艺发明专利，结合专用工艺设备的自主技术体系，为未来产业化落地铺平道路。

在这项工作中，团队解决了二维材料—接触—栅介质—后道工艺的精确耦合调控难题，验证了规模化的数字电路。其中，反相器良率高达99.77%，具备单级高增益和关态超低漏电等优异性能。