在半導體產業的浩瀚星空中,硅基芯片作為第一代明星產品,至今仍牢牢占據著主流地位。無論是CPU、GPU,還是近年來興起的NPU,它們的身影無處不在,皆以硅為基。
然而,隨著工藝技術的不斷精進,硅基芯片正逐步逼近物理學的極限。從3納米到即將邁入的2納米時代,每一步都充滿了挑戰。這些微小的尺度,不僅帶來了前所未有的性能提升,也讓硅基芯片的固有缺陷日益凸顯,如漏極誘導的勢壘降低、界面散射導致的遷移率下降等。
面對這一困境,科學界并未停下探索的腳步。碳基芯片、光電芯片、量子芯片等新型半導體材料的研究如火如荼,它們被視為硅基芯片的潛在繼任者。而在這些新興技術之外,還有一種更為獨特的解決方案——二維半導體。
二維半導體,顧名思義,其厚度僅為單個原子層,如同一幅精致的二維畫卷,與多層堆疊的硅基芯片形成鮮明對比。這種材料的研究已有十多年的歷程,早在2017年,奧地利維也納工業大學便成功研制出了包含115個晶體管的二維半導體芯片。
近日,中國復旦大學的研究團隊在二維半導體領域取得了重大突破。他們歷經五年艱辛,利用二硫化鉬(MoS2)這一二維半導體材料,成功研制出了全球首顆擁有5900個晶體管、基于RISC-V開源架構的32位芯片——“無極(WUJI)”。這款芯片不僅刷新了二維邏輯芯片的最大規模驗證紀錄,更標志著中國在自主可控芯片技術上的又一里程碑。
與奧地利團隊早期的實驗室級單管芯片不同,“無極”芯片是一款可實際應用于物聯網、邊緣計算、AI推理等前沿領域的系統級集成芯片。它的誕生,不僅展現了中國在二維半導體技術上的深厚積累,更為中國芯片產業在全球競爭中開辟了新的戰場。
研發過程中,復旦大學團隊面臨著前所未有的挑戰。相較于硅基芯片在堅硬基底上的精雕細琢,二維芯片的制作更像是在柔軟的豆腐上雕刻精美的花紋。為了克服這一難題,研究團隊引入了人工智能技術,通過AI篩選最優工藝參數、精準調控生產過程、優化全流程算法,最終實現了這一技術壯舉。
在當前國際形勢下,中國芯片產業正面臨著前所未有的挑戰。以美國為首的西方國家不斷加碼對中國芯片產業的打壓,試圖遏制中國在這一領域的崛起。然而,復旦大學團隊的成功,無疑為中國芯片產業注入了一劑強心針。自主可控的二維芯片技術,不僅有助于構建獨立的用戶生態,更能在一定程度上擺脫對國外廠商架構和IP專利的依賴。
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