據(jù)復(fù)旦大學(xué)消息，復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周鵬、包文中聯(lián)合團(tuán)隊(duì)成功研制全球首款基于二維半導(dǎo)體材料的32位RISC-V架構(gòu)微處理——“無極（WUJI）”。

該成果突破二維半導(dǎo)體電子學(xué)工程化瓶頸，首次實(shí)現(xiàn)5900個(gè)晶體管的集成度，是由復(fù)旦團(tuán)隊(duì)完成、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)技術(shù)，使我國在新一代芯片材料研制中占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，為推動(dòng)電子與計(jì)算技術(shù)進(jìn)入新紀(jì)元提供有力支撐。相關(guān)成果于北京時(shí)間4月2日晚間，以《基于二維半導(dǎo)體的RISC-V 32比特微處理器》（“A RISC-V 32-Bit Microprocessor Based on Two-dimensional Semiconductors”）為題發(fā)表于《自然》（Nature）期刊。

（來源：復(fù)旦大學(xué)）

據(jù)復(fù)旦大學(xué)消息，十多年來，國際學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界已掌握晶圓級(jí)二維材料生長技術(shù)，成功制造出擁有數(shù)百個(gè)原子長度、若干個(gè)原子厚度的高性能基礎(chǔ)器件。但是在復(fù)旦團(tuán)隊(duì)取得新突破之前，國際上最高的二維半導(dǎo)體數(shù)字電路集成度僅為115個(gè)晶體管，由奧地利維也納工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在2017年實(shí)現(xiàn)。

核心難題在于，要將這些原子級(jí)精密元件組裝成完整的集成電路系統(tǒng)，依舊受制于工藝精度與規(guī)模勻性的協(xié)同良率控制。經(jīng)過五年攻關(guān)，復(fù)旦團(tuán)隊(duì)將芯片從陣列級(jí)或單管級(jí)推向系統(tǒng)級(jí)集成，基于二維半導(dǎo)體材料（二硫化鉬MoS2）制造的32位RISC-V架構(gòu)微處理器“無極（WUJI）”成功問世。

該芯片通過自主創(chuàng)新的特色集成工藝，以及開源簡化指令集計(jì)算架構(gòu)（RISC-V），集成5900個(gè)晶體管，在國際上實(shí)現(xiàn)二維邏輯芯片最大規(guī)模驗(yàn)證紀(jì)錄。

據(jù)復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授周鵬介紹，二維材料不像硅晶圓可以通過直拉法生長出高質(zhì)量的大尺寸單晶，而是需要通過化學(xué)氣相沉積（CVD）法來生長，這就導(dǎo)致了材料本身的缺陷和不均勻性。本項(xiàng)研究中的反相器良率高達(dá)99.77%，具備單級(jí)高增益和關(guān)態(tài)超低漏電等優(yōu)異性能，這是一個(gè)工程性的突破。

據(jù)論文共同第一作者、微電子學(xué)院直博生敖明睿介紹，團(tuán)隊(duì)制造了900個(gè)反向器陣列，每個(gè)陣列包含30×30個(gè)反向器。經(jīng)過嚴(yán)格測試，發(fā)現(xiàn)其中898個(gè)反向器的邏輯功能完好無損，翻轉(zhuǎn)電壓和爭議值都非常理想，領(lǐng)先于同類研究。

RISC-V作為一種開源簡化指令集計(jì)算架構(gòu)，已逐漸成為當(dāng)前芯片研發(fā)領(lǐng)域的主流選擇。本次研發(fā)的芯片正是采用RISC-V架構(gòu)作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。微電子學(xué)院研究員韓軍在本次工作中負(fù)責(zé)RISC-V架構(gòu)設(shè)計(jì)。他介紹，選擇這一架構(gòu)意味著對(duì)接全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且無需依賴封閉架構(gòu)，未來可自主構(gòu)建用戶生態(tài)，不受制于國外廠商的架構(gòu)和IP專利。

在該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的二維半導(dǎo)體集成工藝中，70%左右的工序可直接沿用現(xiàn)有硅基產(chǎn)線成熟技術(shù)，而核心的二維特色工藝也已構(gòu)建包含20余項(xiàng)工藝發(fā)明專利，結(jié)合專用工藝設(shè)備的自主技術(shù)體系，為產(chǎn)業(yè)化落地鋪平道路。下一步，該團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步提高芯片集成度，尋找并搭建穩(wěn)定的工藝平臺(tái)，為未來開發(fā)具體的應(yīng)用產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。周鵬提到，在實(shí)時(shí)信號(hào)處理方面，二維半導(dǎo)體芯片有望適用于物聯(lián)網(wǎng)、邊緣算力、AI推理等前沿計(jì)算場景。