在半導(dǎo)體科學(xué)領(lǐng)域，一場(chǎng)關(guān)于材料極限與技術(shù)創(chuàng)新的競(jìng)賽正在如火如荼地進(jìn)行。隨著摩爾定律逐漸逼近物理學(xué)的邊界，科學(xué)家們將目光轉(zhuǎn)向了二維半導(dǎo)體材料，這種僅具有單個(gè)原子層厚度的物質(zhì)，被視為打破當(dāng)前集成電路發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵。

多年來，國(guó)際學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界攜手并進(jìn)，在晶圓級(jí)二維材料生長(zhǎng)技術(shù)上取得了顯著成就，成功研制出高性能的基礎(chǔ)器件，這些器件的長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)百個(gè)原子，厚度則僅為若干個(gè)原子。然而，在復(fù)旦團(tuán)隊(duì)取得突破性進(jìn)展之前，二維半導(dǎo)體數(shù)字電路的最高集成度紀(jì)錄僅停留在115個(gè)晶體管，這一紀(jì)錄由奧地利維也納工業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)于2017年創(chuàng)造。

面對(duì)二維半導(dǎo)體電子學(xué)集成度的巨大挑戰(zhàn)，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院的周鵬與包文中聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，在2025年4月2日，于國(guó)際頂級(jí)期刊Nature上發(fā)表了一項(xiàng)重磅研究——“基于二維半導(dǎo)體的RISC-V 32比特微處理器”。該研究不僅突破了二維半導(dǎo)體電子學(xué)的集成度瓶頸，更成功研制出了全球首款基于二硫化鉬（MoS2）材料的32位RISC-V架構(gòu)微處理器，命名為“無極（WUJI）”。

“無極”寓意著從無到有、追求無限可能的精神。這款微處理器在32位指令的驅(qū)動(dòng)下，能夠執(zhí)行高達(dá)42億次的數(shù)據(jù)運(yùn)算，支持GB級(jí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問，并允許編寫長(zhǎng)達(dá)10億條指令的程序。它包含了5900個(gè)二硫化鉬場(chǎng)效應(yīng)晶體管，以及由17級(jí)級(jí)聯(lián)邏輯元件構(gòu)成的最大邏輯路徑，這些元件需要在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成順序評(píng)估。

為了形象地解釋二維芯片與硅基芯片的區(qū)別，微電子學(xué)院研究員包文中用了一個(gè)生動(dòng)的比喻：“如果把制造硅基芯片比作在石頭上雕刻，那么二維芯片就是在一塊豆腐上雕花?！倍S半導(dǎo)體作為最薄的半導(dǎo)體形態(tài)，其加工過程需要更加溫和且精細(xì)的工藝方法。

“無極”芯片采用了四層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括源極、漏極層以及包含底層工作晶體管的柵極層。這些層次在前道工序（FEOL）中精心構(gòu)建，以確保芯片的性能與穩(wěn)定性。該芯片由4V的電源電壓供電，并受外部時(shí)鐘信號(hào)的精確調(diào)控，能夠獨(dú)立運(yùn)行，無需任何外部偏置或控制信號(hào)。

在“無極”芯片的研發(fā)過程中，復(fù)旦團(tuán)隊(duì)不僅克服了二維半導(dǎo)體材料在集成電路應(yīng)用中的諸多技術(shù)難題，更展示了二維半導(dǎo)體在未來電子學(xué)領(lǐng)域中的巨大潛力。這一成果不僅為二維半導(dǎo)體材料的應(yīng)用開辟了新的道路，更為集成電路的發(fā)展注入了新的活力。

隨著“無極”芯片的成功研制，二維半導(dǎo)體材料在集成電路中的應(yīng)用前景愈發(fā)廣闊?？茖W(xué)家們相信，在不久的將來，二維半導(dǎo)體材料將引領(lǐng)集成電路領(lǐng)域的新一輪革命，推動(dòng)信息技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步與發(fā)展。

同時(shí)，“無極”芯片的成功也離不開復(fù)旦團(tuán)隊(duì)的辛勤付出與不懈探索。他們憑借深厚的科研功底和創(chuàng)新的科研精神，攻克了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)，最終取得了這一具有里程碑意義的成果。

展望未來，隨著二維半導(dǎo)體材料研究的不斷深入和技術(shù)的不斷成熟，我們有理由相信，將會(huì)有更多基于二維半導(dǎo)體材料的創(chuàng)新成果涌現(xiàn)出來，為人類社會(huì)的信息技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)更多的智慧和力量。