在全球半导体行业面临摩尔定律放缓挑战的当下，复旦大学团队带来的突破性成果——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）”引发了行业轰动。这款芯片不仅突破了二维半导体材料在大规模集成中的瓶颈，还创下了5900个晶体管的规模记录，远超此前国际最高水平115个晶体管的纪录，并在实验中实现了99.77%的反相器良率。这一成就不仅是中国半导体产业的里程碑式突破，也重新燃起了业界对超越摩尔定律的信心。
一、摩尔定律焦虑：半导体产业的极限困境
自上世纪60年代起，摩尔定律一直是半导体产业发展的基石，即晶体管数量每18至24个月翻一倍。然而，随着硅基工艺逐渐接近物理极限，芯片制造的成本和难度大幅上升，传统硅基半导体难以继续维持指数级增长。例如，当前最先进的3nm工艺芯片已经面临严重的量产挑战，而台积电等龙头企业的研发重心也开始从单纯的晶体管缩放，转向新的架构设计与材料创新，以应对摩尔定律放缓的挑战。
在此背景下，二维半导体材料被寄予厚望。由于其原子级厚度和优异的电子特性，二维材料有望突破硅基芯片的物理极限，推动半导体产业进入新的发展阶段。然而，二维材料的可控生长、器件集成度、稳定性及大规模制造工艺仍面临诸多技术瓶颈，导致此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。而复旦大学团队的“无极”芯片，直接将这一数字提升至5900个晶体管，无疑为全球二维半导体芯片的发展注入了一剂强心针。
二、技术飞跃：5900晶体管的突破如何实现？
1. 先进的二维半导体工艺
复旦团队的突破，首先来自于对二维半导体材料的创新利用。传统的硅基芯片依赖于单晶硅的高质量生长，而二维半导体材料（如MoS₂、WS₂等过渡金属硫族化合物）则必须依靠化学气相沉积（CVD）等工艺进行大面积生长。然而，CVD工艺存在材料缺陷较多、均匀性较低的挑战，使得二维材料的应用受到极大限制。
为此，复旦团队采用了柔性等离子处理技术，结合原子级界面精准调控，实现了二维半导体材料的高质量生长。这不仅降低了材料缺陷率，也提升了器件的一致性，为芯片大规模集成奠定了基础。
图：复旦团队研制全球首款二维半导体RISC-V处理器“无极”
2. “双引擎”优化：AI驱动全流程精确控制
在制造工艺上，复旦团队采用全流程AI算法优化，即通过机器学习分析上千组实验数据，自动优化关键工艺参数。这一“AI+半导体制造”的模式，使得从材料生长、器件制造到集成工艺的各个环节都能实现精准控制，最终确保了芯片的高质量输出。
通过这些创新手段，复旦团队成功突破了二维半导体器件在高集成度场景下的稳定性问题，最终实现了5900个晶体管的集成突破。这一成绩不仅刷新了国际纪录，也为未来更复杂、更高性能的二维芯片奠定了技术基础。
三、99.77%良率：可靠性如何保障？
对于任何一款商用芯片而言，良率（即在生产过程中成功制造出符合规格的芯片比例）都是衡量其商业化可行性的核心指标。“无极”芯片的反相器良率高达99.77%，意味着其制造工艺已经达到了极高的成熟度。
二维材料的良率提升一直是行业痛点，主要受制于材料缺陷、电学稳定性和工艺一致性。复旦团队的突破点包括：
优化器件界面工程：采用低缺陷密度的介质层，减少了电子陷阱，提高了开关比和信号稳定性。
降低漏电流：通过材料掺杂优化，使得关态漏电降低至硅基芯片水平，提升了器件的整体可靠性。
单级高增益放大设计：提高反相器增益，使得逻辑电路的开关速度更快、信号更清晰。
正是这些工程性突破，使得“无极”芯片不仅在理论上具备优势，更在实际制造中展现出了卓越的可靠性。
四、RISC-V架构：自主可控生态的关键布局
在芯片架构上，“无极”采用了RISC-V架构，这一选择具有重要的战略意义。作为一款开源指令集架构，RISC-V不仅规避了国外IP授权限制，还使得国内厂商能够自由定制芯片架构，以适应不同应用场景。
对于中国半导体产业而言，RISC-V架构的广泛应用，意味着未来无需再受制于ARM或x86生态，能够完全自主打造从底层硬件到软件适配的完整生态。复旦团队选择RISC-V架构，不仅提升了芯片的可拓展性，也为后续商用落地提供了更多可能。
五、产业化前景：二维芯片何时能进入市场？
目前，复旦团队已申请了20余项核心工艺专利，并提出了一套可兼容现有硅基生产线的制造方案。他们表示，二维半导体集成工艺约70%可以沿用硅基成熟工艺，这意味着未来二维芯片的产业化成本有望大幅降低。
在应用方面，“无极”芯片具备低功耗、高计算效率的特点，适用于物联网、边缘计算、AI推理等场景。复旦团队的下一步目标，是在现有技术基础上进一步提升集成度，并与国内外企业展开产业合作，推动二维半导体从实验室走向市场。
六、结语：二维芯片将如何改变未来？
复旦大学的“无极”芯片，不仅是一次技术上的重大突破，更是中国半导体行业向自主可控计算架构迈出的重要一步。随着二维材料的不断进步、RISC-V生态的成熟，未来我们或许将看到二维芯片逐步走向主流市场，成为后摩尔时代的新计算范式。
在全球半导体产业格局深刻变革的当下，“无极”芯片的成功，不仅为中国科技创新注入了新动力，也为整个行业提供了新的发展方向。我们有理由相信，在不远的未来，中国将在全球半导体领域扮演更加重要的角色，以创新引领行业变革。
