从“无极”处理器看中国芯片自主化之路

在科技飞速发展的今天，芯片作为现代信息技术的核心基石，其重要性不言而喻。从我们日常使用的智能手机、电脑，到工业控制、航空航天等关键领域，芯片无处不在，宛如数字时代的“心脏”，驱动着各种设备的高效运行。然而，长期以来，中国芯片产业在国际竞争中面临着诸多挑战，尤其是在高端芯片领域，一直受到国外技术的制约。但最近，复旦大学研发的全球首款二维半导体32位RISC - V处理器“无极”，如同一颗闪耀的新星，为中国芯片自主化之路带来了新的曙光。

01 “无极”处理器：突破工艺精度难题的璀璨明珠

（一）诞生背景：摩尔定律的困境与二维半导体的机遇

随着信息技术的爆炸式增长，对芯片性能的要求也在不断攀升。传统的硅基芯片一直遵循着摩尔定律，即集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18 - 24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。然而，经过多年的发展，硅基芯片逐渐逼近其物理极限，1纳米制程的突破面临着巨大的挑战，如高昂的研发成本、复杂的制造工艺以及难以解决的散热问题等。在这种情况下，具有原子层厚度的二维半导体材料应运而生，被国际公认为是突破摩尔定律困境的关键，成为全球芯片领域研究的热点方向。

（二）技术突破：集成度与良率的双重飞跃

复旦大学的“无极”处理器正是在这样的背景下诞生的。经过5年的艰苦技术攻关和迭代，周鹏、包文中联合团队成功突破了二维半导体电子学集成度瓶颈，研制出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”。“无极”集成了5900个晶体管，实现了二维逻辑功能最大规模验证纪录，远超此前奥地利团队在2017年创造的115个晶体管的纪录。

在工艺精度与规模均匀性的协同良率控制方面，“无极”也取得了重大突破。团队通过自主创新的特色集成工艺，特别是创新开发的AI驱动的一贯式协同工艺优化技术，实现了从材料生长到集成工艺的精准控制。在关键的反相器阵列测试中，900个阵列仅2个失效，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，相比国际同类研究水平大幅提升 。

（三）性能亮点：低功耗与高效能的完美结合

“无极”处理器不仅在集成度和良率上表现出色，其性能亮点也十分突出。在32位输入指令的控制下，“无极”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。更为重要的是，它实现了“用微米级的工艺做到纳米级的功耗”这一“反常识”突破。在1kHz频率下，“无极”的功耗仅为0.43mW，同等功能比7nm硅芯片省电5 - 8倍，待机功耗更低至传统芯片的1/5。这种极低功耗的特性，不仅有助于降低设备的能耗，延长电池续航时间，还为人工智能在更多领域的广泛应用提供了有力支持，如物联网设备、可穿戴设备等对功耗要求极高的场景。

02 对中国芯片产业的深远推动

（一）技术引领：开启二维半导体芯片新时代

“无极”处理器的成功研制，标志着中国在二维半导体芯片领域取得了重大的技术突破，从跟跑者转变为引领者之一。它为中国芯片产业开辟了一条全新的技术路径，让我们在全球芯片技术竞争中占据了一席之地。这一成果不仅验证了二维材料在大规模集成电路中应用的可行性，也为后续二维半导体芯片的研发提供了宝贵的经验和技术基础，吸引更多的科研力量和资源投入到这一领域，加速二维半导体芯片技术的发展和成熟。

产业带动：促进芯片产业链自主可控

芯片产业是一个庞大而复杂的生态系统，涉及到材料、设备、设计、制造、封装测试等多个环节。“无极”处理器的诞生，将对中国芯片产业链的自主可控产生积极的带动作用。在材料方面，二硫化钼等二维半导体材料的研发和应用，有望减少对传统硅材料的依赖，降低国际市场波动对我国芯片产业的影响。在制造工艺上，“无极”所采用的特色集成工艺，70%左右的工序可直接沿用现有硅基产线成熟技术，这为我国现有的半导体制造企业实现技术升级和转型提供了便利，降低了产业升级的成本和风险。同时，相关核心二维特色工艺已构建包含20余项工艺发明专利，结合专用工艺设备的自主技术体系，有助于提升我国在芯片制造领域的自主创新能力和核心竞争力，减少对国外技术和设备的依赖，推动整个芯片产业链朝着自主可控的方向发展 。

（三）人才培养：为芯片产业注入创新活力

一项重大的科研成果背后，离不开优秀的科研人才团队。复旦大学“无极”处理器的研发过程，培养和锻炼了一批在二维半导体、芯片设计、工艺制造等领域的专业人才。这些人才不仅具备扎实的理论基础，还拥有丰富的实践经验和创新能力。他们将成为中国芯片产业发展的宝贵财富，为后续的科研创新和产业发展提供强大的智力支持。同时，“无极”的成功也将吸引更多的优秀学子投身于芯片相关专业的学习和研究，为中国芯片产业源源不断地注入新鲜血液，形成人才培养的良性循环 。

（四）市场拓展：抢占未来芯片应用市场先机

随着物联网、人工智能、大数据等新兴技术的快速发展，对芯片的需求呈现出多样化和个性化的趋势。“无极”处理器凭借其低功耗、高性能等优势，在物联网、边缘计算、人工智能推理等领域具有广阔的应用前景。在物联网领域，众多的传感器节点需要低功耗、长时间运行的芯片，“无极”正好满足这一需求，可实现纽扣电池供电的传感器持续工作10年以上，为物联网的大规模普及提供有力支撑。在边缘计算领域，“无极”可以在本地设备上快速处理数据，减少数据传输延迟，提高系统响应速度。在人工智能推理方面，其极低功耗特性可以让边缘设备（如安防摄像头、智能手表）在算力提升10倍的情况下续航不减。通过提前布局这些新兴市场，中国芯片企业有望凭借“无极”处理器及其后续衍生产品，抢占未来芯片应用市场的先机，打破国外芯片企业在高端芯片市场的长期垄断局面 。

03 挑战的核动力

尽管“无极”处理器取得了令人瞩目的成就，但中国芯片自主化之路依然面临诸多挑战。从技术层面来看，虽然“无极”在二维半导体芯片领域迈出了重要一步，但与国际先进水平相比，在芯片的性能、集成度、制造工艺的稳定性等方面仍存在一定差距。例如，目前“无极”仅为32位处理器，而国际上主流的处理器已向64位甚至更高位发展，在处理复杂任务和大数据运算时，32位处理器的性能可能会受到限制。在制造工艺方面，虽然70%的工序可沿用现有硅基产线技术，但核心的二维特色工艺仍需进一步优化和完善，以提高生产效率和产品质量，降低生产成本 。

从产业生态角度来看，中国芯片产业的自主生态系统尚未完全建立起来。在芯片设计工具（EDA）、高端芯片制造设备、关键原材料等方面，我们对国外的依赖程度仍然较高。此外，国际竞争环境日益激烈，国外芯片企业凭借其长期积累的技术、品牌和市场优势，对中国芯片企业形成了较大的竞争压力。同时，贸易保护主义和技术封锁也给中国芯片产业的发展带来了诸多不确定性因素 。

04 结语

面对这些挑战，我们有理由保持乐观的态度。“无极”处理器的诞生，充分展示了中国科研人员的创新能力和拼搏精神，也为中国芯片产业的发展树立了信心。未来，随着国家对芯片产业的持续重视和大力支持，以及科研投入的不断增加，我们有望在二维半导体芯片及其他前沿芯片技术领域取得更多的突破。在技术研发方面，科研团队将继续致力于提升芯片的性能和集成度，研发64位甚至更高性能的二维半导体处理器，进一步优化制造工艺，提高芯片的稳定性和可靠性。同时，加强与高校、科研机构和企业的合作，构建产学研用协同创新的良好生态，加速科研成果的转化和产业化应用 。

在产业发展方面，政府应继续加大对芯片产业的政策扶持力度，引导和鼓励企业加大研发投入，加强人才培养和引进，培育一批具有国际竞争力的芯片企业。同时，加快构建自主可控的芯片产业生态系统，加强在芯片设计工具、制造设备、原材料等关键环节的研发和创新，提高国产化率。此外，积极拓展国际市场，加强与国际芯片企业的交流与合作，在竞争中不断提升自身实力 。

复旦大学研发的“无极”处理器是中国芯片自主化道路上的一座重要里程碑。它突破了二维半导体工艺精度难题，为中国芯片产业带来了新的技术、新的机遇和新的希望。尽管前方道路依然充满挑战，但只要我们坚定信心，持续创新，加强合作，就一定能够实现中国芯片产业的自主可控和高质量发展，在全球芯片领域占据更加重要的地位，为我国的信息技术发展和国家安全提供坚实的保障 。

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