我们赢了!突破摩尔定律限制,中国研制出全球首款二维半导体芯片

2026年03月27日22:34:09 科学 1158

文|臻林

编辑|臻林

手机、电脑这些电子产品能一代比一代快,背后都得感谢一个叫“摩尔定律”的老规矩。


简单说,就是芯片上能塞进去的零件每隔一段时间就翻一倍,性能也跟着往上涨。

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可现在这个规矩快玩到头了,芯片上的零件已经小到快跟原子差不多大了,再想往小做,物理学规律都不答应了,全世界的科学家都在挠头:接下来该怎么办?


就在大家感觉快要撞墙的时候,中国复旦大学的一个团队,花了五年多的时间,硬是给咱们趟出了一条新路。

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他们用的“法宝”,是一种神奇的二维材料,薄到只有一个原子的厚度,用它来造芯片,就像是给半导体产业开辟了一个全新的平行宇宙。


造出个能干活的“二维大脑”


二维材料这东西,理论上是造下一代芯片的完美选手。

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因为它特别薄,能从根上解决传统芯片越做越小时漏电的老毛病,是通往2纳米甚至更小尺寸的理想“船票”,但理想很丰满,现实特别骨感。


这种原子级的薄膜材料,又脆又敏感,想在上面加工出成千上万个精密的晶体管,那难度,不亚于想在一块嫩豆腐上盖一座摩天大楼,稍微一碰就可能全毁了。

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所以很长一段时间里,全世界的实验室最多也就只能把一百来个二维晶体管凑到一起,做个小演示,离真正能用的处理器还差着十万八千里。


直到2025年4月,复旦团队直接甩出了一个“王炸”——“无极”处理器。

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这可不是小打小闹的升级,而是直接把芯片上晶体管的数量,从世界纪录的一百多个,一口气干到了将近六千个,这一下就把纪录提高了50多倍。


这意味着,二维半导体终于从实验室里只能“走两步看看”的阶段,进化到了能真正“跑起来干活”的系统级时代。


他们是怎么做到的呢?原来,团队请来了一位特殊的“总工程师”——人工智能(AI)。

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造这么精密的芯片,有上百道工序,每道工序的参数组合起来简直是天文数字,靠人力一个个试,得试到猴年马月去。


于是,他们让AI去学习海量的实验数据,像个超级大脑一样去计算和预测,到底什么样的工艺组合才是最优解。

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靠着这位AI“军师”的出谋划策,团队愣是把最基础的电路良品率做到了99.77%这种变态级别,为“无极”的诞生扫清了最大的障碍。


光跑得快还不行


能计算的“大脑”(处理器)有了,但现代电脑还有另一个大瓶颈,就是“存储墙”。

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就是你的大脑转得飞快,但每次要用到的数据,都得从一个反应慢吞吞的仓库里调,大部分时间都浪费在等数据上了。


特别是在AI时代,数据量那么大,这个问题就更要命。

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复旦团队的下一个目标,就是攻克这个“仓库”,他们先是捣鼓出了一个叫“破晓”的存储原型,这玩意儿写入数据的速度快到什么程度?400皮秒。


比你家电脑固态硬盘里的闪存快了一百万倍,比内存(SRAM)还要快,直接成了全世界最快的半导体存储技术。

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有了这么牛的“砖块”,他们紧接着在同年10月,盖出了一座叫“长缨”的“闪电仓库”芯片。


这个“长缨”最聪明的地方,在于它的“混搭”思路,团队知道,全新的二维材料性能逆天,但工艺还不像传统硅基技术那么成熟稳定。

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然后他们首创了一个叫“原子芯片”的集成框架,就像一个高明的建筑师,把性能炸裂的二维“破晓”存储单元,和技术成熟、稳定可靠的硅基控制电路,完美地融合到了一块芯片上。


这就像是给一辆底盘扎实的老牌卡车,装上了一台最先进的喷气发动机,既可靠又能跑。

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这个绝妙的设计,不仅解决了两种完全不同材料难以“兼容”的世界性难题,还让这项颠覆性的技术能更快地走出实验室,推向市场。


从实验室搬到工厂


再厉害的技术,如果只能躺在实验室的图纸上,那也白搭,复旦团队从一开始就盯着产业化这个终极目标。

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而产业化路上最大的“拦路虎”,就是怎么才能像摊煎饼一样,又快又好又便宜地生产出大尺寸、高质量的二维材料“原料”。


你别说这最基础的一步,他们也给攻克了,团队成功地在工业界通用的12英寸大晶圆上,均匀快速地“长”出了一层完美的二维半导体材料。

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这就好比原来只能在小锅里炒一盘菜,现在能用大锅稳定地批量出菜了,为整个产业化解决了“米下锅”的根本问题。


“原料”问题解决了,生产线自然就提上了日程,2026年1月,由复旦孵化的公司“原集微”在上海建成了国内第一条二维半导体示范工艺线。

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这条产线最妙的地方在于,它并不是要推倒重来,而是设计得有大约70%的工序,能直接用现在芯片厂里现成的设备和技术。


这意味着未来工厂想升级换代,不用把家底全换了,大大降低了成本和门槛。


而且他们还立下了军令状:未来两三年内,要让这条产线造出的芯片,性能对标上顶尖的5纳米甚至3纳米技术。

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这座桥梁一搭起来,就等于正式宣告,中国的二维半导体技术,已经吹响了冲向市场的号角。


这是一条全新的赛道


回顾一下复旦团队这套漂亮的“组合拳”:从解决计算问题的“无极”处理器,到攻克存储瓶颈的“长缨”闪存,再到打通量产之路的示范线。

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他们在短短几年里,硬是把从基础材料到芯片系统再到工业化生产的整条路给趟通了。


这事的意义有多大?往大了说,它给中国的半导体产业提供了一条全新的可能性,我们都知道,现在最顶尖的芯片制造,极度依赖少数国家掌握的光刻机。

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而二维材料这条新路,是通过材料本身的革命来提升性能,有希望让我们在未来的竞争中,找到一条“换道超车”的跑道。


放眼未来,这种超薄、超省电的二维芯片,简直就是为物联网、智能穿戴设备量身定做的。

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甚至,它还特别抗辐射,之前有个叫“青鸟”的系统已经在太空中验证了这一点,以后说不定连太空探索都离不开它。


可以说复旦团队的这场远征,不只是在攀登科学的高峰,更是为全世界在后摩尔时代的芯片发展,点亮了一盏来自东方的、充满无限希望的灯塔。


信息来源:


上观新闻 2026-03-25——点赞!复旦成果入选2025年度“中国科学十大进展”

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