突破当前集成度瓶颈，复旦成功研制二维半导体微处理器“无极”

近期，复旦大学周鹏、包文中联合团队突破二维半导体电子学集成度瓶颈，成功研制全球首款基于二维半导体材料（二硫化钼MoS2）的32位RISC-V架构微处理器“无极（WUJI）”。

二维半导体微处理器“无极（WUJI）”。本文图除标注外均为 复旦大学 供图

澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者了解到，在32位输入指令的控制下，“无极”可实现最大42亿的数据间加减运算，支持GB级数据存储和访问，以及最长可达10亿条精简指令集的程序编写，或将为低空经济、机器人等产业带来更广阔前景。“我们用微米级的工艺做到纳米级的功耗，而极低功耗的CPU可以助力人工智能实现更广泛的应用。”周鹏说。

从单原子层材料到集成电路流程示意图

北京时间2025年4月3日凌晨，相关成果以《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”）为题发表于国际顶尖期刊《自然》（Nature）。

面对摩尔定律逼近物理极限的全球性挑战，具有原子层厚度的二维半导体是目前国际公认的破局关键。要将“原子级精密元件”组装成完整的集成电路系统，受困于工艺精度与规模均匀性的协同良率控制难题，过去最高集成度仅停留在数百晶体管量级，始终未能跨越功能性微处理器的技术门槛。

经过五年的技术攻关和迭代，周鹏、包文中联合团队取得突破性成果。据介绍，“无极”处理器使用了自主创新的特色集成工艺，通过开源简化指令集计算架构 （RISC-V），在国际上实现了二维逻辑功能最大规模验证纪录（集成5900个晶体管），完成了从材料到架构再到流片的全链条自主研发。此外，团队创新开发的AI驱动的一贯式协同工艺优化技术，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。在其二维半导体集成工艺中，70%左右的工序可直接沿用现有硅基产线的成熟技术，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。

实验室中的“无极”微处理器  澎湃新闻记者 鞠文韬 摄

周鹏介绍，“无极”在研究周期中迭代了很多次，“一直以来，我们希望做的是根技术、源技术，通过基础性、原理性的创新，实现一些真正改变产业的事情。踏足这种基础研究无人区时，更多是自我要求带来的‘痛苦’，而不是考核带来的‘痛苦’。”

在研究工作中，团队解决了二维材料-接触-栅介质-后道工艺的精确耦合调控难题，利用原子级精度的加工和表征技术，验证了规模化的数字电路。在技术突破方面，团队将致力于进一步提升二维电子器件的性能和集成度，突破当前晶体管集成度的瓶颈。

未来，这一研究成果也将为低空经济、机器人等产业带来更大潜能。包文中研究员告诉澎湃新闻记者：“无人机等本身电池容量较为有限，续航的大部分电力用在螺旋桨上，如果再搭一块算力芯片，电池的电量被分掉、续航里程会降低。所以在无人机、机器人等对功耗非常敏感的场景下，芯片就需要做得非常小、功耗要非常低，二维半导体恰恰非常适合在这种场景中应用。”

包文中表示，目前的研究刚刚跨出实验室、实现了概念验证的第一步。在产业化进程上，团队将加强与现有硅基产线技术的结合，推动核心二维特色工艺的产业化应用。未来需要通过与相关企业和机构的“接棒”合作，加快二维半导体电子器件从实验室到市场的转化速度，使其能够尽快在实际产品中发挥作用。

研究团队

复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室包文中和周鹏为论文通讯作者，博士生敖明睿、周秀诚为论文第一作者。研究工作得到了科技部重点研发计划、基金委重要领军人才计划、上海市基础特区计划等项目的资助，以及教育部创新平台的支持。