摘要：十多年来，国际学术界与产业界已掌握晶圆级二维材料生长技术，成功制造出拥有数百个原子长度、若干个原子厚度的高性能基础器件。但是在复旦团队取得新突破之前，国际上最高的二维半导体数字电路集成度仅为115个晶体管，由奥地利维也纳工业大学团队在2017年实现。

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

周鹏团队成功研制32位二维半导体微处理器“无极”。

面对摩尔定律逼近物理极限的全球性挑战，具有单个原子层厚度的二维半导体是目前国际公认的破局关键，科学家们一直在探索如何将二维半导体材料应用于集成电路中。

十多年来，国际学术界与产业界已掌握晶圆级二维材料生长技术，成功制造出拥有数百个原子长度、若干个原子厚度的高性能基础器件。但是在复旦团队取得新突破之前，国际上最高的二维半导体数字电路集成度仅为115个晶体管，由奥地利维也纳工业大学团队在2017年实现。

核心难题在于，要将这些原子级精密元件组装成完整的集成电路系统，依旧受制于工艺精度与规模匀性的协同良率控制。

2025年4月2日，“科学探索奖”信息电子领域获奖人、复旦大学微电子学院周鹏与复旦大学包文中联合团队，在Nature发表题为“A RISC-V 32-Bit Microprocessor Based on Two-dimensional Semiconductors”（基于二维半导体的RISC-V 32比特微处理器）的研究论文。

该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）”。在32位输入指令的控制下，“无极（WUJI）”可以实现最大为42亿的数据间的加减运算，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。

“无极（WUJI）”的成功问世，标志着经过五年技术攻关和迭代，周鹏、包文中联合团队取得突破性成果。该处理器通过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。

“我们用微米级的工艺做到纳米级的功耗。而极低功耗的CPU可以助力人工智能更广泛应用。”周鹏说。

据介绍，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。“无极（WUJI）”的工艺流程非常复杂，参数设置依靠人工很难完成。引入机器学习AI赋能后，可以迅速确定参数优化窗口，提升晶体管良率。在这些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。

该研究工作中，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。其中，反相器良率高达99.77%，具备单级高增益和关态超低漏电等优异性能。通过严格的自动化测试设备测试，验证了在1 kHz时钟频率下，在千门级电路上可以串行实现37种32位RISC-V指令，满足32位RISC-V整型指令集（RV32I）要求。其集成工艺优化程度和规模化电路验证结果，均达到了国际同期最优水平。