近期，復旦大學周鵬、包文中聯合團隊突破二維半導體電子學集成度瓶頸，成功研制全球首款基于二維半導體材料（二硫化鉬MoS2）的32位RISC-V架構微處理器“無極（WUJI）”。

二維半導體微處理器“無極（WUJI）”。本文圖除標注外均為 復旦大學 供圖

澎湃新聞（m.dbgt.com.cn）記者了解到，在32位輸入指令的控制下，“無極”可實現最大42億的數據間加減運算，支持GB級數據存儲和訪問，以及最長可達10億條精簡指令集的程序編寫，或將為低空經濟、機器人等產業(yè)帶來更廣闊前景。“我們用微米級的工藝做到納米級的功耗，而極低功耗的CPU可以助力人工智能實現更廣泛的應用?！敝荠i說。

從單原子層材料到集成電路流程示意圖

北京時間2025年4月3日凌晨，相關成果以《基于二維半導體的RISC-V 32比特微處理器》（“A RISC-V 32-Bit Microprocessor Based on Two-dimensional Semiconductors”）為題發(fā)表于國際頂尖期刊《自然》（Nature）。

面對摩爾定律逼近物理極限的全球性挑戰(zhàn)，具有原子層厚度的二維半導體是目前國際公認的破局關鍵。要將“原子級精密元件”組裝成完整的集成電路系統，受困于工藝精度與規(guī)模均勻性的協同良率控制難題，過去最高集成度僅停留在數百晶體管量級，始終未能跨越功能性微處理器的技術門檻。

經過五年的技術攻關和迭代，周鵬、包文中聯合團隊取得突破性成果。據介紹，“無極”處理器使用了自主創(chuàng)新的特色集成工藝，通過開源簡化指令集計算架構 （RISC-V），在國際上實現了二維邏輯功能最大規(guī)模驗證紀錄（集成5900個晶體管），完成了從材料到架構再到流片的全鏈條自主研發(fā)。此外，團隊創(chuàng)新開發(fā)的AI驅動的一貫式協同工藝優(yōu)化技術，通過“原子級界面精準調控+全流程AI算法優(yōu)化”雙引擎，實現了從材料生長到集成工藝的精準控制。在其二維半導體集成工藝中，70%左右的工序可直接沿用現有硅基產線的成熟技術，而核心的二維特色工藝也已構建包含20余項工藝發(fā)明專利。

實驗室中的“無極”微處理器  澎湃新聞記者 鞠文韜 攝

周鵬介紹，“無極”在研究周期中迭代了很多次，“一直以來，我們希望做的是根技術、源技術，通過基礎性、原理性的創(chuàng)新，實現一些真正改變產業(yè)的事情。踏足這種基礎研究無人區(qū)時，更多是自我要求帶來的‘痛苦’，而不是考核帶來的‘痛苦’?！?/p>

在研究工作中，團隊解決了二維材料-接觸-柵介質-后道工藝的精確耦合調控難題，利用原子級精度的加工和表征技術，驗證了規(guī)?；臄底蛛娐?。在技術突破方面，團隊將致力于進一步提升二維電子器件的性能和集成度，突破當前晶體管集成度的瓶頸。

未來，這一研究成果也將為低空經濟、機器人等產業(yè)帶來更大潛能。包文中研究員告訴澎湃新聞記者：“無人機等本身電池容量較為有限，續(xù)航的大部分電力用在螺旋槳上，如果再搭一塊算力芯片，電池的電量被分掉、續(xù)航里程會降低。所以在無人機、機器人等對功耗非常敏感的場景下，芯片就需要做得非常小、功耗要非常低，二維半導體恰恰非常適合在這種場景中應用?！?/p>

包文中表示，目前的研究剛剛跨出實驗室、實現了概念驗證的第一步。在產業(yè)化進程上，團隊將加強與現有硅基產線技術的結合，推動核心二維特色工藝的產業(yè)化應用。未來需要通過與相關企業(yè)和機構的“接棒”合作，加快二維半導體電子器件從實驗室到市場的轉化速度，使其能夠盡快在實際產品中發(fā)揮作用。

研究團隊

復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室包文中和周鵬為論文通訊作者，博士生敖明睿、周秀誠為論文第一作者。研究工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、基金委重要領軍人才計劃、上海市基礎特區(qū)計劃等項目的資助，以及教育部創(chuàng)新平臺的支持。