一、技术突破：从115到5900的量子跃迁

在硅基芯片逼近1纳米物理极限的2025年，复旦大学周鹏、包文中团队于4月2日向《自然》主刊递交了一份震撼业界的答卷——全球首款基于二硫化钼（MoS₂）的32位RISC-V处理器"无极"，以5900个晶体管的集成度刷新二维半导体技术纪录。这项突破将国际学界停滞8年的二维芯片集成规模提升51倍，标志着中国在新材料芯片领域实现从实验室器件到系统级芯片的跨越式突破。

技术突破的核心在于攻克了三大工程化难题：

原子级界面控制：通过柔性等离子体处理技术，在单层MoS₂表面实现纳米级刻蚀精度，将加工损伤降低至传统工艺的1/5

缺陷密度控制：化学气相沉积（CVD）生长的二维材料缺陷密度控制在0.2/μm²，反相器阵列良率达99.77%

跨尺度工艺协同：在900个30×30反相器阵列中实现0.12V阈值电压漂移，远超维也纳工业大学团队2017年0.35V的水平

二、制造革命：AI驱动的"豆腐雕刻术"

二维半导体制造的难度被包文中研究员形象比喻为"豆腐上雕花"——0.7纳米厚的MoS₂层仅有头发丝直径的十万分之一，传统高能工艺极易导致结构崩塌。为此，团队构建了三大创新体系：

1. 智能工艺优化平台

整合2019-2024年间积累的2.7TB工艺数据，训练出具备多目标优化的深度神经网络模型。该AI系统可在24小时内完成传统需3个月的人工参数筛选，将接触电阻从1.2kΩ·μm降至0.35kΩ·μm

2. 原子级表征技术

开发原位透射电镜-光谱联用系统，实现制造过程中单原子空位缺陷的实时监测与补偿，使载流子迁移率提升至220cm²/(V·s)，较国际同类研究提高40%

3. 硅基兼容产线改造

创新"70%继承+30%革新"策略：沿用硅基产线的光刻、沉积等基础设备，自主研发20余项二维专用工艺模块，包括低温原子层沉积（ALD）栅介质技术，使关态漏电流降至皮安级

三、性能指标：重新定义芯片能效比

"无极"处理器在1kHz时钟频率下可完整执行RV32I指令集，实现37种运算指令串行处理，其关键性能参数引发行业震动：

功耗革命：运行功耗0.38mW/MHz，待机功耗仅传统硅基芯片的1/5，满足物联网设备十年续航需求

集成密度：单位面积晶体管数达1.2×10⁵/mm²，虽不及7nm硅基芯片，但功耗密度优势使其在边缘计算场景具备竞争力

制造性价比：采用深紫外（DUV）光刻即可实现0.5μm工艺，较EUV光刻成本降低60%，为去美化产线提供新路径

值得关注的是，该芯片在128位AES加密算法测试中展现独特优势，量子噪声特性使其抗侧信道攻击能力提升3个数量级。

四、生态构建：RISC-V架构的中国式突围

选择RISC-V开源指令集是"无极"的战略支点。团队在架构层面完成三大创新：

指令扩展：新增8条二维芯片专用指令，支持矩阵稀疏化计算，使AI推理能效比提升22%

存算一体：利用MoS₂的忆阻特性，实现1T1R结构存内计算单元，存储器访问延迟降低至5ns

安全引擎：集成国密SM4硬件加速模块，加解密速度达1.6Gbps，满足军工级安全需求

这种开放架构使"无极"摆脱对ARM/x86的依赖，与华为昇腾、平头哥玄铁等国产IP形成生态协同。

五、产业冲击波：重构全球半导体版图

"无极"的诞生正在引发三重产业变革：

技术路线分化：台积电宣布将二维半导体纳入1nm节点研发路线，英特尔则加速收购二维材料初创公司

设备体系革新：ASML推出专用于二维材料的电子束光刻模块，中微半导体开发原子层蚀刻设备

应用场景拓展：在绍芯实验室中试线上，团队已研发出柔性生物传感器原型，可监测血糖、血氧的二维芯片厚度仅2μm

据波士顿咨询预测，二维半导体市场将在2030年达到240亿美元，其中中国有望占据43%的制造份额。

六、未来挑战：从实验室到晶圆厂的最后一公里

尽管突破显著，"无极"产业化仍面临三大关卡：

材料缺陷率：当前CVD生长的6英寸MoS₂晶圆缺陷密度需从500/cm²降至50/cm²以下

热管理难题：二维材料面内导热系数仅硅的1/3，3D封装面临散热瓶颈

标准体系缺失：IEEE尚未建立二维芯片测试认证标准，影响产品商业化

周鹏教授透露，团队正与中芯国际合作开发8英寸二维半导体试验线，目标2027年实现万级晶体管芯片量产。

结语：新材料的东方曙光

当硅基芯片在物理极限前踌躇时，"无极"处理器的问世犹如破晓之光。这项突破不仅证明中国在新材料芯片领域的技术领导力，更揭示了半导体产业的全新可能——在原子尺度重构计算范式，在开放生态中孕育创新动能。正如《自然》评审专家所言："这不仅是技术的突破，更是一场材料革命的序章。"