“雕塑同样的物品，用豆腐雕刻比用玉石雕刻更难，因为材料的脆弱大大提升了雕刻难度。”复旦大学研究员包文中向记者形象地描述了使用二维半导体与传统硅基半导体制造微处理器的难度区别。记者2日从该校获悉，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”登上《自然》杂志。“无极”由复旦大学周鹏、包文中团队打造，是目前为止全球最大规模的二维半导体微处理器。
此前，国际学术界与产业界经过10余年攻关，已成功制造出只有数百个原子长度、若干个原子厚度的高性能基础器件。而将这些“原子级精密元件”组装成完整的集成电路系统，却始终受困于工艺精度与规模均匀性的协同良率控制难题。
经过5年技术攻关和迭代，研究团队在该领域取得了突破性成果。“通过自主创新的特色集成工艺，‘无极’集成晶体管达5900个，实现了二维逻辑功能全球最大规模验证纪录。”周鹏说。
“无极”的工艺流程非常复杂，参数设置依靠人工很难完成。周鹏说，团队创新开发了AI驱动工艺优化技术，通过“原子级界面精准调控+全流程AI算法优化”双引擎，实现了从材料生长到集成工艺的精准控制，可以迅速确定参数优化窗口，提升晶体管良率。
通过概念验证后，“无极”正在计划进入中试阶段。据介绍，在“无极”的电路集成工艺中，70%左右的工序可直接沿用现有硅基生产线成熟技术，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，为未来的产业化落地铺平道路。
周鹏介绍：“在待机条件下，3微米尺寸的二维半导体和28纳米尺寸的传统半导体耗能是一样的。”这意味着在同样大小和规模的情况下，二维半导体处理器耗能将大大低于传统处理器。
周鹏还表示，二维半导体将会与传统的硅基半导体长期共存互补。从远期来看，二维半导体微处理器会沿用传统微处理器的设备接口等，能直接应用于各种传统应用场景。“无极”采用的RISC-V是一种开源的计算架构。“我们相信，它将会对我国相关产业的未来产生深远影响。”他说。
