全球最大规模二维半导体！复旦团队32位RISC-V微处理器“无极”发布
作者： 集小微 4小时前
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据复旦大学消息，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室周鹏、包文中联合团队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——“无极（WUJI）”。

该成果突破二维半导体电子学工程化瓶颈，首次实现5900个晶体管的集成度，是由复旦团队完成、具有自主知识产权的国产技术，使我国在新一代芯片材料研制中占据先发优势，为推动电子与计算技术进入新纪元提供有力支撑。相关成果于北京时间4月2日晚间，以《基于二维半导体的RISC-V 32比特微处理器》（“A RISC-V 32-Bit Microprocessor Based on Two-dimensional Semiconductors”）为题发表于《自然》（Nature）期刊。


（来源：复旦大学）

据复旦大学消息，十多年来，国际学术界与产业界已掌握晶圆级二维材料生长技术，成功制造出拥有数百个原子长度、若干个原子厚度的高性能基础器件。但是在复旦团队取得新突破之前，国际上最高的二维半导体数字电路集成度仅为115个晶体管，由奥地利维也纳工业大学团队在2017年实现。

核心难题在于，要将这些原子级精密元件组装成完整的集成电路系统，依旧受制于工艺精度与规模匀性的协同良率控制。经过五年攻关，复旦团队将芯片从阵列级或单管级推向系统级集成，基于二维半导体材料（二硫化钼MoS2）制造的32位RISC-V架构微处理器“无极（WUJI）”成功问世。

该芯片通过自主创新的特色集成工艺，以及开源简化指令集计算架构（RISC-V），集成5900个晶体管，在国际上实现二维逻辑芯片最大规模验证纪录。

据复旦大学微电子学院教授周鹏介绍，二维材料不像硅晶圆可以通过直拉法生长出高质量的大尺寸单晶，而是需要通过化学气相沉积（CVD）法来生长，这就导致了材料本身的缺陷和不均匀性。本项研究中的反相器良率高达99.77%，具备单级高增益和关态超低漏电等优异性能，这是一个工程性的突破。

据论文共同第一作者、微电子学院直博生敖明睿介绍，团队制造了900个反向器阵列，每个阵列包含30×30个反向器。经过严格测试，发现其中898个反向器的逻辑功能完好无损，翻转电压和争议值都非常理想，领先于同类研究。

RISC-V作为一种开源简化指令集计算架构，已逐渐成为当前芯片研发领域的主流选择。本次研发的芯片正是采用RISC-V架构作为设计基础。微电子学院研究员韩军在本次工作中负责RISC-V架构设计。他介绍，选择这一架构意味着对接全球技术标准且无需依赖封闭架构，未来可自主构建用户生态，不受制于国外厂商的架构和IP专利。

在该团队开发的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20余项工艺发明专利，结合专用工艺设备的自主技术体系，为产业化落地铺平道路。下一步，该团队将进一步提高芯片集成度，寻找并搭建稳定的工艺平台，为未来开发具体的应用产品打下基础。周鹏提到，在实时信号处理方面，二维半导体芯片有望适用于物联网、边缘算力、AI推理等前沿计算场景。