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4月3日，復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室傳來(lái)振奮人心的消息，由周鵬教授和包文中研究員聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)成功研制出全球首款基于二維半導(dǎo)體材料的32位RISC-V架構(gòu)微處理器，命名為“無(wú)極（WUJI）”。這一突破性成果標(biāo)志著我國(guó)在二維半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域取得了里程碑式的進(jìn)展，為新一代芯片技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 “無(wú)極（WUJI）”微處理器采用了具有單個(gè)原子層厚度的二維半導(dǎo)體材料——二硫化鉬（MoS2），這一材料因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，被認(rèn)為是突破當(dāng)前硅基芯片物理極限的關(guān)鍵。面對(duì)摩爾定律逼近物理極限的挑戰(zhàn)，二維半導(dǎo)體材料的研究和應(yīng)用成為了全球科研界的熱點(diǎn)。 復(fù)旦大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)五年的艱苦攻關(guān)，成功將二維半導(dǎo)體材料應(yīng)用于集成電路中，實(shí)現(xiàn)了從陣列級(jí)或單管級(jí)到系統(tǒng)級(jí)集成的跨越。該微處理器集成了5900個(gè)晶體管，這一數(shù)字在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了二維邏輯芯片最大規(guī)模驗(yàn)證紀(jì)錄，是二維半導(dǎo)體電子學(xué)工程化領(lǐng)域的一次重大突破。 “反相器是一個(gè)非常基礎(chǔ)且重要的邏輯電路，它的良率直接反映了整個(gè)芯片的質(zhì)量。”周鵬教授介紹道，“在本項(xiàng)研究中，我們通過(guò)自主創(chuàng)新的特色集成工藝，使得反相器的良率高達(dá)99.77%，并具備單級(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。” 為了確保芯片質(zhì)量，團(tuán)隊(duì)還采用了柔性等離子（Plasma）處理技術(shù)等低能量工藝對(duì)二維半導(dǎo)體表面進(jìn)行加工，避免了高能粒子對(duì)材料造成的損害，充分發(fā)揮了二維半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)。此外，團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新性地引入了AI驅(qū)動(dòng)的一貫式協(xié)同工藝優(yōu)化技術(shù)，通過(guò)“原子級(jí)界面精準(zhǔn)調(diào)控”與“全流程AI算法優(yōu)化”的雙引擎，實(shí)現(xiàn)了從材料生長(zhǎng)到集成工藝的精準(zhǔn)控制。 “無(wú)極（WUJI）”微處理器不僅集成了5900個(gè)晶體管，還采用了開源簡(jiǎn)化指令集計(jì)算架構(gòu)（RISC-V），這使得該芯片能夠兼容全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)可自主構(gòu)建用戶生態(tài)，不受制于國(guó)外廠商的架構(gòu)和IP專利。通過(guò)嚴(yán)格的自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備測(cè)試，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了在1 kHz時(shí)鐘頻率下，千門級(jí)芯片可以串行實(shí)現(xiàn)37種32位RISC-V指令，滿足32位RISC-V整型指令集（RV32I）要求。 復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)研究成果，不僅展示了我國(guó)在二維半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，也為推動(dòng)電子與計(jì)算技術(shù)進(jìn)入新紀(jì)元提供了有力支撐。周鵬教授表示：“我們的最終目標(biāo)是將這項(xiàng)技術(shù)送到千家萬(wàn)戶，建立開放兼容的用戶生態(tài)。未來(lái)，我們還將繼續(xù)提高芯片集成度，尋找并搭建穩(wěn)定的工藝平臺(tái)，為開發(fā)具體的應(yīng)用產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。” 此次“無(wú)極（WUJI）”微處理器的成功研制，不僅得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委等項(xiàng)目的資助，還得到了教育部創(chuàng)新平臺(tái)的支持。相關(guān)成果已于北京時(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》為題發(fā)表于國(guó)際頂尖期刊《自然》（Nature）上，引起了全球科研界的廣泛關(guān)注。 |
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