摩尔定律正在逼近物理极限，如何突破这一瓶颈成了全世界集成电路领域科研工作者关注的事情，重要路径之一是利用新材料实现电子器件的迭代。
由于传统体半导体存在诸如漏极感应势垒降低、界面散射导致的迁移率下降以及由半导体带宽决定的受限电流开/关比等问题，近来对后硅半导体的探索愈发激烈。这些挑战促使人们寻找更先进的材料，原子层厚度的二维半导体由此成为一种潜在的解决方案。
2025年4月2日，复旦大学周鹏教授、包文中教授作为共同通讯作者，在 Nature 期刊发表了题为：A RISC-V 32-bit microprocessor based on two-dimensional semiconductors 的研究论文。
该研究成功研制全球首 款基于二维半导体材料的 32 位 RISC-V 架构微处理器原型——“无极”。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，最长可达 10 亿条精简指令集的程序编写。该研究克服了二维电路晶圆级集成的重大挑战，展示了二维集成电路技术超越硅材料的巨大潜力。
经过十多年的研发进展，近期在晶圆级生长和器件制造方面的发展已促使二维半导体电子学取得重大突破。然而，集成度仍局限于几百个晶体管。
在这项最新研究中，研究团队描述了一种基于二硫化钼（MoS2）晶体管的精简指令集计算架构（RISC-V）微处理器——“无极”（WUJI），其能够在 5900 个二硫化钼晶体管上执行标准的 32 位指令，可实现最大为 42 亿的数据间的加减运算，最长可达 10 亿条精简指令集的程序编写，并且基于二维半导体技术构建了一个完整的标准单元库。该库包含 25 种逻辑单元。为与硅集成电路的发展保持同步，研究团队还对二维逻辑电路的工艺流程和设计进行了协同优化。
总的来说，这项综合的制造与设计方法克服了二维电路晶圆级集成的重大挑战，并成功研制出一种开创性的二硫化钼微处理器原型，展示了二维集成电路技术超越硅材料的巨大潜力。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08759-9
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