2025年10月,复旦周鹏和刘春森团队在《自然》上发了篇论文,直接搞出了全球第一个能真正用起来的二维材料+硅基存储芯片。
其实,这事儿在半导体圈里跟扔了颗炸弹似的,毕竟这几年大家都快被硅基芯片的瓶颈逼疯了,英伟达黄仁勋早说过摩尔定律“已死”。
英特尔、AMD搞7nm工艺时也频频延期,就是因为晶体管缩得太小时,漏电、发热这些问题根本压不住。
更头疼的是,现在AI、物联网要存的东西越来越多,对速度要求也越来越高,传统闪存的速度跟芯片工作速度差了十万八千里,相当于让博尔特跟步行的人组队跑接力,根本跟不上。
本来想,这困境说不定得再熬几年,没想到复旦团队直接用ATOM2CHIP技术把难题破了,这进度是真的超出预期。
大家都知道,半导体行业靠摩尔定律走了几十年,把晶体管越做越小,往硅片上堆更多数量。
但现在晶体管缩到2nm以下,就像把房子建到原子那么大,稍微有点偏差就会漏电,制造难度和成本也翻着倍涨。
英特尔之前搞10nm工艺时,就因为这些问题拖了好几年,这就是硅基技术的“天花板”。
后来大家发现二维材料是个好东西,像石墨烯、过渡金属硫化物,只有原子那么薄,导电又快又省电。
可问题是,这材料薄得跟蝉翼似的,怎么跟凹凸不平的硅基电路接上?
而且制造过程中一加热、一有静电,它就坏了。
全球的研究者折腾了好多年,都没能让它跟硅基稳定结合,只能停在实验室里看看。
复旦团队这回的操作就很巧妙,他们用“模块化分离制造”的办法,先把二维材料做好,再通过微米级的小孔跟硅基电路连起来,既解决了连接问题,又不容易坏。
还专门搞了个封装技术,能扛住制造时的热量和静电,现在良率已经到了94.3%。
其实,这思路之前没多少人想到,相当于绕开了之前的死胡同,直接找了条新道儿。
其实解决了“能不能结合”的问题,还得看这芯片实际用起来咋样,实验室里的样品再厉害,不能量产、不好用也白搭。
复旦团队专门做了系统级测试,结果还真不错,芯片在5兆赫兹的频率下能稳定跑,比传统硅基存储器省电不少,速度也快了很多,而且断电后数据也不会丢,这对存储芯片来说太关键了。
他们还拿“棋盘编程测试平台”试过,让芯片同时处理32位的数据,还能随机找存储的内容,都没出问题。
更重要的是,这芯片能扛住-40℃到85℃的温度变化,还有电气干扰,跟咱们日常用的电子设备环境差不多,这就说明它不是个“娇生惯养”的实验室产品,真能拿到现实里用。
AI训练的时候要存海量数据,还得快速读取,传统存储速度慢,就会拖后腿。
这混合芯片又快又省电,刚好能补上这个短板,以后AI服务器的速度说不定能提一大截。
而且它不用重建生产线,现有硅基工厂稍微改改就能生产,企业不用花大价钱建新厂,这对推广太重要了。
如此看来,这芯片离咱们的生活其实不远,说不定再过几年,咱们的手机、电脑里就有它了。
现在全球半导体公司都在盯着这技术,美国早就把二维材料列成了微电子战略的关键领域,欧盟也在砸钱研究,台积电这些巨头也在储备技术。
毕竟2035年这市场可能就有几百亿美元规模,谁都不想落后。
而咱们国家这次不是“跟跑”,是真的“领跑”了,从材料研究到工艺落地,形成了完整的链条,这在半导体领域太不容易了。
不过想大规模生产,还有几道坎要过。
首先是成本,原子级的材料处理比传统硅工艺贵3到5倍,得通过优化工艺、多生产来摊薄成本。
然后是批量生产的一致性,实验室里做一个样品没问题,要是一次做几百万个,怎么保证每个性能都一样?这还得慢慢优化工艺链。
还有生态适配,得让设备厂商做专用的制造机器,还得改操作系统和驱动程序,这些都需要时间。
复旦团队也有规划,打算未来3到5年把芯片的集成度再提一提,能存更多数据,然后通过授权技术的方式跟企业合作,先在AI服务器、高端手机上用起来。
上海已经在建二维半导体的示范生产线了,计划2029年量产。
毫无疑问,这事儿急不来,但方向是对的,只要一步一步来,肯定能成。
说到底,复旦团队这颗二维-硅混合芯片,不是简单给硅基技术“打补丁”,而是重新搭了个存储芯片的框架,给摩尔定律终结后的半导体行业指了条新路。
它不光能改变几百亿美元的存储市场,还能帮其他二维材料用到传感器、光电器件上,让咱们国家在半导体领域从“制造大国”往“技术强国”走。
当然,现在还不是高兴太早的时候,成本、量产、生态这些问题都得慢慢解决。
要是能加快产学研合作,政策再扶一把,让这技术早点从实验室走到工厂,咱们在下一代存储领域就能占住主动权。
到时候,更快的AI、更耐用的手机、更智能的自动驾驶,可能都要靠这颗“中国芯”来支撑,这才是最让人期待的地方。
更新时间:2025-10-13
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