華發佈二維半導體微處理器

中國科研團隊日前突破二維半導體電子學集成度“瓶頸”，成功研製全球首款基於二維半導體材料的三十二位RISC-V架構微處理器“無極(WUJI)”，這是目前為止全球最大規模的二維半導體微處理器。

在三十二位輸入指令的控制下，“無極”可以實現最大為四十二億的數據間的加減運算，支持GB級數據存儲和訪問以及最長可達十億條精簡指令集的程序編寫。

據悉，歷經國際學術界與產業界十餘年攻關，科學家們已掌握晶圓級二維材料生長技術，並成功製造出只有數百個原子長度、若干個原子厚度的高性能基礎器件。但要將這些“原子級精密元件”組裝成完整的集成電路系統，卻始終受困於工藝精度與規模均勻性的協同良率控制難題。過去，最高集成度僅停留在數百晶體管量級，始終未能跨越功能性微處理器的技術門檻。

經過五年技術攻關和迭代，中國科研團隊取得突破性成果。三十二位RISC-V架構微處理器“無極”在國際上實現了二維邏輯功能最大規模驗證紀錄（集成五千九百個晶體管），完成了從材料到架構再到流片的全鏈條自主研發。

“我們用微米級的工藝做到納米級的功耗。而極低功耗的CPU可以助力人工智能更廣泛應用。”科研人員說。

據了解，“無極”的工藝流程非常複雜，參數設置依靠人工很難完成。引入機器學習AI賦能後，可以迅速確定參數優化窗口，提升晶體管良率。其集成工藝優化程度和規模化電路驗證結果，均達到了國際同期最優水平。研究團隊突破當前晶體管集成度的“瓶頸”，使其在更多應用場景中具備更強的競爭力。

科研人員表示，通過概念驗證後，“無極”正在計劃進入中試階段。據介紹，在“無極”的電路集成工藝中，百分之七十左右的工序可直接沿用現有硅基生產線成熟技術，而核心的二維特色工藝也已構建包含二十餘項工藝發明專利，結合專用工藝設備的自主技術體系，為未來的產業化落地鋪平道路。

在待機條件下，三微米尺寸的二維半導體和廿八納米尺寸的傳統半導體耗能是一樣的，這意味著在同樣大小和規模的情況下，二維半導體處理器耗能將大大低於傳統處理器。

科研人員還表示，二維半導體將會與傳統的硅基半導體長期共存互補。從遠期來看，二維半導體微處理器會沿用傳統微處理器的設備接口等，能直接應用於各種傳統應用場景。“無極”採用的RISC-V是一種開源的計算架構。團隊相信，它將會對我國相關產業的未來產生深遠影響。在產業化進程上，研究團隊通過與相關企業和機構的合作，正在加快二維半導體電子器件從實驗室到市場的轉化。

美 子