该芯片集成 5900 个晶体管，突破二维半导体电子学工程化瓶颈，不但实现国际上二维逻辑芯片最大规模验证纪录，还具备单级高增益和关态超低漏电等优异性能，达到国际同期最优水平。
2025 年 4 月 2 日，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室周鹏、包文中联合团队以《基于二维半导体的RISC-V 32比特微处理器》（“A RISC-V 32-Bit Microprocessor Based on Two-dimensional Semiconductors”）为题在《自然》期刊发表重大成果，宣布成功研制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）”。
该芯片集成 5900 个晶体管，突破二维半导体电子学工程化瓶颈，不但实现国际上二维逻辑芯片最大规模验证纪录，还具备单级高增益和关态超低漏电等优异性能，达到国际同期最优水平。
复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、浙江绍芯实验室（绍兴复旦研究院）、微电子学院周鹏和包文中为论文通讯作者，博士生敖明睿、周秀诚为论文共同第一作者。研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委等项目的资助，以及教育部创新平台的支持。
技术突破：原子级精度与 AI 协同工艺
“无极” 基于二硫化钼（MoS₂）材料，通过原子级界面精准调控技术，解决了二维半导体材料在规模化集成中的核心挑战。
团队创新开发 AI驱动的一贯式协同工艺优化技术，收集了大量历史数据，包括不同条件下接触电阻的变化情况，将材料生长、接触层制备、栅介质调控等全流程参数输入机器学习模型，AI模型能根据已有数据预测最优的接触层生长参数和掺杂浓度。通过“原子级界面精准调控”与“全流程AI算法优化”的双引擎，实现工艺参数的自动化优化。
早在2021年，团队曾在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了一篇文章（https://www.nature.com/articles/s41467-021-26230-x），探讨采用机器学习方法优化工艺参数，此次研究正是在这一基础上发展而来。
“反相器是一个非常基础且重要的逻辑电路，它的良率直接反映了整个芯片的质量。”复旦大学微电子学院教授周鹏介绍，二维材料不像硅晶圆可以通过直拉法生长出高质量的大尺寸单晶，而是需要通过化学气相沉积（CVD）法来生长，这就导致了材料本身的缺陷和不均匀性。
本项研究中的反相器良率达 99.77%，单级增益超传统器件 3 倍，关态漏电流降低至皮安级，达到国际同期最优水平，这是一个工程性的突破。 这种创新的AI for Science方法，大大提高了实验效率，确保每一道工艺步骤都能与其他步骤无缝衔接，从而实现最高良率和最佳性能。
将 ENIAC 和 Intel 4004 以及无极诞生年实现了加法上的运算联系
研究团队突破传统工艺限制，采用柔性等离子（Plasma）处理技术，避免高能粒子对原子层材料的损伤。结合自主研发的二维半导体专用试验线，实现从材料生长到流片的全链条自主可控，70% 工序可复用现有硅基产线技术，核心工艺已申请 20 余项发明专利。
性能指标：低功耗与高集成的平衡
“无极” 支持 32 位 RISC-V 整型指令集（RV32I），在 1kHz 时钟频率下可串行执行 37 种指令，实现最大 42 亿次数据加减运算，支持 GB 级数据存储与 10 亿条指令程序编写。其微米级工艺功耗与 28 纳米硅基芯片相当，待机功耗仅为传统器件的 1/5，适用于物联网、边缘计算等低功耗场景。
芯片采用开源 RISC-V 架构，避免对 ARM、x86 等封闭架构的依赖，为构建自主生态奠定基础。团队通过原子级精度的加工和表征技术，验证了规模化数字电路的可靠性，其集成度较国际同类研究（2017 年奥地利维也纳工业大学团队 115 个晶体管）提升 50 倍，标志二维半导体从单器件向系统级集成的跨越。
“无极”处理器从单原子层材料到集成电路流程示意图
行业意义：后摩尔时代的破局者
随着硅基芯片工艺逼近 2 纳米极限，二维半导体被视为延续摩尔定律的关键。“无极” 的成功验证了二维材料在逻辑电路中的可行性，为 1 纳米及以下节点提供新范式。其原子级厚度特性省去极紫外光刻（EUV）的复杂工艺，制造成本降低约 60%，为我国在半导体领域实现 “换道超车” 提供技术储备。
国际半导体巨头如台积电、英特尔、三星已将二维半导体纳入 1 纳米节点研发。复旦团队的突破不仅在集成度上领先，更通过 AI 驱动工艺优化，为产业化铺平道路。
“无极”芯片的集成工艺中有70%左右的工序可直接沿用现有硅基产线成熟技术，而核心的二维特色工艺已构建包含20余项工艺发明专利。这使 “无极” 可快速接入现有产业链，未来有望应用于无人机、智能传感器及航天设备等领域。
未来展望：生态构建与性能迭代
团队计划进一步提升芯片集成度至万级晶体管，并开发专用工艺平台。周鹏教授表示：“二维半导体不会取代硅基芯片，而是形成互补生态。我们正与企业合作，推动核心工艺的产业化应用。” 下一步将聚焦边缘计算、AI 推理等场景，探索感存算一体化集成，为下一代智能设备提供低功耗解决方案。
“无极”芯片是由复旦团队完成、具有自主知识产权的国产技术。此次成果标志我国在二维半导体领域从材料研发向系统级应用的跨越，为全球半导体技术革新注入中国力量。随着技术迭代与生态完善，二维半导体有望重塑集成电路产业格局，开启低功耗计算新纪元。
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