文|冉

编辑|冉

前言

过去几十年，芯片一直长在硅片上，好比在一块石头上精雕细刻。可石头再硬，也有雕不动的一天——物理极限就在那儿摆着，谁也无法绕过。

那怎么办？有人换了一条路，不在石头上雕了，改在一层薄到只有原子级别厚度的材料上做文章。这事儿听着像天方夜谭，可咱们中国的科学家真就把它干成了。

今天咱们就来聊聊，这块“豆腐”上雕花的背后，到底藏着怎样的底气与雄心？

硅基芯片撞上了天花板

咱们这些年用的手机、电脑，一年比一年快，归根结底靠的是芯片上晶体管越做越小、越塞越多。

几十年来有个规律叫摩尔定律，说同样一块芯片上，晶体管数量大约每两年翻一番。这规律在过去几十年里就像商场里的自动扶梯，厂商只要踏上去，不用费多大力气，性能自己就往上涨。

可现在这部扶梯明显慢下来了。晶体管越缩越小，缩到只有几个纳米的时候，里面的电子就开始不守规矩了。

按说晶体管有“开”和“关”两种状态，可尺寸太小的时候，本该关着的沟道拦不住电子，电子自己就溜过去了。

这在物理学上叫量子隧穿效应，听着挺玄乎，说白了就是电子不听话了，到处乱窜。结果就是芯片一边运算一边发烫，热量散不出去，性能再高也白搭。散热这道坎，已经成了行业公认的天花板。

钱的事儿更让人头疼。造3纳米芯片光设计费就得往桌上拍将近6亿美元，请注意，这钱花完连一片晶圆都还没流出来。

真要自己建一条3纳米生产线，投入大约150到200亿美元。全世界敢下这个注的企业，一只手数得过来。

敢下注的越来越少，先进制程一路收敛到少数几家手里，剩下的人只能排队等产能、看别人脸色排期。

对中国芯片产业来说，这处境最憋屈。前面是越来越贵的入场券，门槛高得吓人；旁边还有人管着你，不让你进场。

沿着硅基这条老路拼命追，追到最后很可能只是把别人走过的路重走一遍，还得看人家给不给机会。那还有别的路吗？复旦团队给出了一个不一样的答案。

豆腐雕花，五年磨一剑

这个答案就是二维半导体材料。咱们常规用的硅，是三维材料，有一定厚度。

而二维半导体薄到极限，厚度只有0.65纳米，也就一到三个原子层。因为天生就薄，短沟道漏电这个把硅基逼到墙角的老毛病，从源头上就换了个解法。

英特尔、三星、台积电、比利时的IMEC，这些国际顶尖的半导体研究机构，都已经把二维半导体列进了1纳米节点之后延续摩尔定律的核心技术方案。

换材料这条路，国际巨头早就在路线图上画好了，只是谁先把它从纸面变成一颗能跑指令的芯片，一直没有答案。

复旦团队用了五年时间攻关，把这件事做成了。2025年4月2日，国际顶级期刊《自然》的主刊登出了他们的成果：全球首款基于二维半导体材料的32位RISC-V架构微处理器，取名“无极”。

从115个到5900个，一次抬高约50倍，这是全球二维半导体电路集成度的新高度。

芯片这行有句老话，实验室做出一个是运气，做出九百个里只坏两个才叫工艺。

为了验证良率，团队做了900个反相器阵列，结果898个功能完好，反相器良率达到了99.77%。良率立住，这颗芯片才从“演示品”变成了“电路”。

二维材料好在薄，难也难在薄。

包文中研究员打了个非常形象的比方：造硅基芯片就像在石头上雕刻，你用力大一点问题不大；可造二维芯片就像在豆腐上雕花，稍一用力就烂，力道必须拿捏得恰到好处。

传统硅基生产线上那些又冲又刻又高温的工序，随便一道就能把原子层厚的材料整废。

团队的突破靠两条腿走路，一条叫原子级界面精准调控，说人话就是把每一道会伤到材料的工序都调温柔，通过精准控制降低工艺损伤。另一条是把AI放进全流程，让算法去试工艺参数的组合。

这步棋其实提前了好几年就开始布局——2021年他们就在《自然·通讯》上发表过用机器学习优化工艺参数的论文，等于提前四年练了兵，这回派上了大用场。

功耗是另一个让人眼前一亮的地方。“无极”的待机功耗只有传统硅基芯片的五分之一。用微米级的加工精度，做到了跟28纳米硅基芯片相当的功耗。往后工艺精度每往前走一步，这个优势还得往上翻。

架构上选用了开源的RISC-V，这一步等于不再向ARM、x86那套专利墙交授权费，从一开始就把过路费省了。

更关键的是，约七成工序可以直接沿用现有硅基产线的成熟技术，不用把生产线全拆了从头来过。从实验室到车间这道坎，多少人栽在这上面——这一次，咱们没让它悬着。

川沙点亮，时间表钉在墙上

论文发出来只是第一步。芯片这行最凶险的一段，是从实验室到车间那道坎。多少漂亮的原型，就死在从中试到量产这一段路上。中国这回没让它悬着。

2025年6月，国内首条二维半导体工程化示范工艺线在上海浦东川沙开工，从开工到设备进厂只用了100天。

2026年1月6日设备点亮，7月9日正式全线贯通，成为国内首条、也是全球首条8英寸二维半导体中试线，占地约一千平方米。

这条线是示范线、中试线，不是量产线。它干的活儿，是把实验室里只有博士生才拿得稳的手艺，翻译成工业能听懂的语言——写成工艺文件、固化成设备参数、变成谁来操作都能重复的良率。

通线当天发布的500纳米工艺设计工具包，良率超过99.99%，突破了二维半导体领域的国际纪录。

时间表也排上了：2026年下半年打通等效硅基90纳米的工艺路径；2027年推等效28纳米；2028年迈向等效5到3纳米；2029到2030年，基于全国产装备实现等效1纳米方案。

这是规划，不是已经发生的事，但把节点一格格钉在墙上，本身就是一种表态。

同一支团队的另一条线也在往前跑。2025年10月，他们在《自然》发表了“长缨”——全球首颗二维与硅基混合架构的闪存芯片，全片测试良率94.3%。

它跟“无极”是两码事，一个管存储、一个是处理器，但指向同一件事：二维材料不是要把硅基掀翻，而是能跟硅基长在一起，长期共存、应用互补。

工业界最怕的“你得先把家拆了才能用我”，从一开始就不成立。

结语

目前“无极”整体性能跟商用芯片还有距离，但这赢的是新赛道的首发权。

全球第一颗基于二维半导体材料的32位RISC-V处理器出在中国的实验室，不是别人的。写进国际巨头路线图的那个方向，第一个把可跑指令的完整处理器做出来的是咱们。

硅基芯片被物理极限顶住的那堵墙，第一次有人从旁边凿开了一条缝。当年那115个晶体管摆在那儿的时候，谁也说不准这条路走不走得通。

现在那片0.65纳米的“豆腐”上刻着5900个，川沙的洁净室里，机器已经开始为2029年那一格磨合了。路虽远，行则将至；事虽难，做则必成。