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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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一片薄得离谱的材料,厚0.65纳米,也就一层原子那么厚。在这种材料上做芯片,像在豆腐上雕花,稍一用力就烂。

可就在这块"豆腐"上,复旦团队刻出了5900个晶体管。这个数字之前是多少?115个——2017年奥地利维也纳工业大学团队创下的国际最高纪录,一放就是八年。一次抬高约50倍。

2025年4月2日,《自然》主刊登出这篇论文:全球首款基于二维半导体材料的32位RISC-V架构微处理器,名字叫"无极"。硅基被物理极限顶住的那堵墙,第一次有人从旁边凿开了一条缝。



硅基这条路,钱越烧越多,步子越迈越小

摩尔定律原本是句很朴素的话:同样一块芯片上,晶体管数量每隔一年半到两年翻一番。几十年里它像一条自动扶梯,厂商只要站上去,性能自己往上涨,单位成本自己往下掉。

现在扶梯明显慢了。晶体管翻倍的周期,已经从当年那个不算长的节奏,拖长到明显更久。

同样跨一代,等的时间多出快一倍。更扎心的是账本。有行业测算认为,先进制程设计成本一路大幅攀升,越往后投入越高,到3纳米这一档,光设计费就高达5.9亿美元。



请注意,这笔钱花完,一片晶圆都还没流出来。真要自己建一条3纳米产线,投入约150到200亿美元。说白了,一家公司还没见着成品,先得往桌上拍近6亿美元,赌这颗芯片将来卖得动。全世界有几家敢下这个注?

敢下的越来越少,先进制程于是一路收敛到少数几家手里,剩下的人只能排队买产能、看别人脸色排期。

钱还只是外面那道门槛,里面那道是物理。硅晶体管缩到原子尺度附近,电子就不讲规矩了:本该关着的沟道拦不住它,量子隧穿把电流漏出去,芯片一边算一边发烫,散热成了新的天花板。

想继续往下走,先进制程对高端设备依赖很强,门槛越来越高。而高端设备获取受限,也抬高了追赶难度。



对中国的芯片产业来说,这就是最憋屈的地方:硅基这条赛道,前面是越来越贵的入场券,旁边还站着人管着你能不能进场。

沿着同一条路苦追,追到最后可能只是把别人已经走完的路重走一遍,还得看人家给不给鞋穿。那还有别的路吗?有。二硫化钼这类二维半导体,厚度只有0.65纳米,也就一到三个原子层,天然带隙1.8电子伏特。

材料本身就薄到极限,短沟道漏电这个把硅基逼到墙角的老毛病,从源头上就换了个解法。

英特尔、三星、台积电、比利时的IMEC,都已经把二维半导体列进1纳米节点之后延续摩尔定律的核心技术方案。换材料这条路,国际巨头早就写在自己的路线图里,只是谁先把它从纸上变成一颗能跑指令的芯片,一直没有答案。



在豆腐上刻出5900个晶体管,靠的是什么

二维材料好在薄,难也难在薄。一层原子厚的东西,传统硅基产线上那些又冲又刻又高温的工序,随便一道就能把它整废。

所以过去八年,全世界在二维半导体上能做出来的最复杂电路,也就一百来个晶体管的规模——115个,够点亮一个演示,不够跑一条指令。

从115到5900,中间隔的不是想法,是一整套能重复、能成活的工艺。复旦团队的打法是两条腿:一条叫原子级界面精准调控,说人话就是把每一道会伤到材料的工序都调温柔,通过原子级界面精准调控降低工艺损伤。



另一条是把AI放进全流程,让算法去试工艺参数的组合。这支团队早在2021年就在《自然·通讯》上发过用机器学习优化工艺参数的论文,等于提前四年练的兵,这回派上了用场。结果是良率立住了。

团队做了900个反相器阵列,898个功能完好,反相器良率99.77%。芯片这行有句老话,实验室做出一个是运气,做出九百个里坏两个才叫工艺。良率立住,这颗芯片才从"演示品"变成"电路"。

"无极"跑起来是什么样?在1kHz时钟频率下,它能串行执行37种32位RISC-V指令,可支持大规模数据加减运算,可支持大量精简指令集程序编写。

1kHz这个频率,跟你手机里动辄几吉赫兹的处理器完全不在一个量级,但它证明的事情不同——一颗完整的32位处理器,第一次在原子层厚的材料上通了。功耗那一栏更值得看:待机功耗只有传统硅基芯片的五分之一。



在微米级的工艺尺寸下,功耗跟28纳米硅基芯片相当。微米兑28纳米,中间差着上千倍的加工精度,功耗却打平。

往后工艺精度每往前走一步,这个优势还得往上翻。还有两个容易被忽略的选择。第一,架构用的是开源RISC-V的32位整型指令集。这一步等于不再向谁交架构授权的过路费——ARM、x86那套专利墙,从一开始就绕开了。

RISC-V国际基金会2025年会员规模突破4500家,正式进了全球标准体系,中国的出货量约占其中一半,这条生态不是孤木。第二,约70%的工序可以直接沿用现有硅基产线的成熟技术,剩下那部分核心二维特色工艺,团队申请了20余项发明专利。

这个七成有多重要?换成二维材料,中国不必从头再造一整套半导体工业——厂房、设备、人手、经验大部分能接着用,只在关键环节上换刀换手法。真要推倒重来,这条路今天就不用谈了。



川沙那条线点亮那天,2029被写进了时间表

论文发出来只是第一步。芯片这行最凶险的一段,是从实验室到车间那道坎——从实验室到中试,往往要跨过成本和工程化两道坎,实验室技术还要经过中试验证,才谈得上产业化。

多少漂亮的原型,就死在这一段。中国这回没让它悬着。2025年6月开工,从开工到设备进厂只用了100天。2026年1月6日,国内首条二维半导体工程化示范工艺线在上海浦东川沙点亮,占地约一千平方米,由复旦科技成果转化衍生出来的原集微科技建设运营,中试线初步投入近5亿元。

这条线要说清楚:它是示范线、中试线,不是量产线。它干的活,是把实验室里那套只有博士生才拿得稳的手艺,翻译成工业能听懂的语言——写成工艺文件、固化成设备参数、变成谁来操作都能重复的良率。



时间表也已经排上了。按规划,2026年6月正式通线。2026年9月做到等效硅基90纳米制程的小批量生产,产出兆比特级存储器和百万门级逻辑电路。2027年推等效28纳米。

2028年迈向等效5到3纳米。2029年到2030年,基于全国产装备实现等效1纳米方案。这是规划,不是已经发生的事,但把节点一格格钉在墙上,本身就是一种表态。同一支团队的另一条线也在往前跑。

2025年10月,他们在《自然》发表了"长缨(CY-01)"——一颗二维与硅基混合架构的闪存芯片,全片测试良率94.3%,是全球首颗这类芯片。它跟"无极"是两码事,一个管存储、一个是处理器,但指向同一件事:二维材料不是要把硅基掀翻,而是能跟硅基长在一起,长期共存、应用互补。

工业界最怕的"你得先把家拆了才能用我",从一开始就不成立。那么"无极"眼下能干什么?团队自己讲得很清楚,它是概念验证原型,整体性能跟今天的商用芯片还有距离。



产业化的第一站,也不去跟先进制程正面碰——先做那些设计复杂度不高、但对能耗比要求很高、对价格不那么敏感的场景:物联网节点、传感器、柔性电子。

等硅基芯片在数据中心里卷算力的时候,这条新路先在边缘端把能效卷起来。赢的是这条新赛道的首发权。

全球第一颗基于二维半导体材料的32位RISC-V处理器出在中国的实验室,不是别人的。写进国际巨头路线图的那个方向,第一个把可跑指令的完整处理器做出来的是我们。至于摩尔定律,它没被谁终结,硅基也不会被赶下场——被撬开的是那扇一直只有一把钥匙的门,如今旁边多了一条能走的路。



当年那115个晶体管摆在那儿的时候,谁也说不准这条路走不走得通。现在那片0.65纳米的"豆腐"上刻着5900个,川沙的洁净室里,机器已经在为2029年那一格开始磨合。

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