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全球首款二維材料芯片預(yù)計(jì)2029年量產(chǎn)

2025-07-12 10:14 來(lái)源:解放日?qǐng)?bào)
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(責(zé)任編輯:韓璐)
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全球首款二維材料芯片預(yù)計(jì)2029年量產(chǎn)

2025年07月12日 10:14   來(lái)源:解放日?qǐng)?bào)   

原集微科技計(jì)劃三年內(nèi)重點(diǎn)突破材料與硅基工藝兼容等核心難題,建成國(guó)際領(lǐng)先的二維半導(dǎo)體示范商業(yè)化產(chǎn)線,依托自主技術(shù)實(shí)現(xiàn)1—2納米級(jí)芯片性能,率先實(shí)現(xiàn)二維半導(dǎo)體技術(shù)的商業(yè)化落地

記者 查睿

國(guó)內(nèi)首條二維半導(dǎo)體工程化驗(yàn)證示范工藝線6月中旬在上海啟動(dòng),2029年有望實(shí)現(xiàn)全球首款二維材料芯片的量產(chǎn)。這意味著,上海在全球二維半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中領(lǐng)先一個(gè)身位。

二維半導(dǎo)體材料作為上海未來(lái)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)方向之一,不僅實(shí)現(xiàn)了“從0到1”的關(guān)鍵技術(shù)突破,還成功推進(jìn)至“從1到10”的產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化階段,當(dāng)下正致力于打通“從10到100”的產(chǎn)品商業(yè)化道路,有望在芯片競(jìng)爭(zhēng)中開辟出全新賽道。

“上海方案”有望換道超車

早在2022年,上海在國(guó)內(nèi)率先發(fā)布未來(lái)產(chǎn)業(yè)行動(dòng)方案,明確提出要積極推動(dòng)二維半導(dǎo)體材料等未來(lái)非硅基半導(dǎo)體材料技術(shù)研究和布局。

二維半導(dǎo)體材料為什么被置于如此重要的戰(zhàn)略地位?答案便是,延續(xù)半個(gè)多世紀(jì)的“摩爾定律”,目前已逼近物理極限。

“晶體管是芯片的最基本元件,它就像是受水龍頭控制的‘水管’,‘水流’就是電子。當(dāng)‘水管’越做越小,‘水管’內(nèi)壁很難加工光滑,‘水流’不暢、關(guān)不緊等問(wèn)題就隨之而來(lái)。”復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院研究員、原集微科技創(chuàng)始人包文中這樣解釋。

這就是今天硅基芯片面臨的困境。目前主流半導(dǎo)體使用硅材料,隨著硅基晶體管尺寸的不斷縮小,制造工藝的難度呈指數(shù)級(jí)上升。包文中表示,這意味著硅基“摩爾定律”——集成電路中的晶體管數(shù)量每隔18個(gè)月增加一倍的發(fā)展?fàn)顟B(tài)——將走到盡頭。

復(fù)旦大學(xué)光電研究院院長(zhǎng)褚君浩表示,當(dāng)制程節(jié)點(diǎn)推進(jìn)至2納米以下時(shí),硅基芯片先進(jìn)制程不僅工藝復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)上升,難以控制漏電,而且成本飆升。傳統(tǒng)硅基芯片的微縮之路愈發(fā)艱難,世界需要一種新的材料來(lái)制造更小、更強(qiáng)的“水管”。

,上海早早便意識(shí)到,硅基芯片的局限性,反而是二維新材料的機(jī)遇。深耕未來(lái)材料的“上海方案”,或許能為我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)換道超車提供全新機(jī)遇。

“破局‘摩爾定律’,二維材料幾乎是完美答案。其‘原子級(jí)厚度’與獨(dú)特電子輸運(yùn)特性,可有效解決這一問(wèn)題,這是用二維材料制作芯片的優(yōu)勢(shì)所在。”褚君浩解釋道。

“二維材料應(yīng)用在半導(dǎo)體領(lǐng)域,能實(shí)現(xiàn)電子的精準(zhǔn)調(diào)控,有效抑制漏電,還為電子的流動(dòng)提供了一條低阻力的二維‘高速公路’。這種超薄結(jié)構(gòu)使得制造1納米及以下節(jié)點(diǎn)的晶體管變得更為簡(jiǎn)單。”原集微科技工藝工程師告訴記者,全球半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)已經(jīng)公認(rèn)二維半導(dǎo)體能夠?yàn)?納米及以下節(jié)點(diǎn)提供新范式,在相同的制程條件下,可使芯片性能實(shí)現(xiàn)大幅提升。

原型產(chǎn)品性能國(guó)際最優(yōu)

二維新材料所具備的潛質(zhì),也吸引了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。前不久,美國(guó)將其列入國(guó)家微電子戰(zhàn)略關(guān)鍵領(lǐng)域,歐盟也宣布加大科研投入,臺(tái)積電等行業(yè)巨頭也在抓緊布局。

據(jù)預(yù)測(cè),到2035年全球二維半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)300億—500億美元,占據(jù)先進(jìn)半導(dǎo)體市場(chǎng)的10%—15%。 下包文中表示,二維半導(dǎo)體不僅是突破“摩爾定律”的關(guān)鍵,更在云端高性能計(jì)算、邊緣端低功耗算力、先進(jìn)傳感器、可穿戴器件等廣泛市場(chǎng)中有著撒手锏級(jí)應(yīng)用。

這也意味著,誰(shuí)先掌握二維半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)化突破,誰(shuí)將率先搶占全球百億美元以上的市場(chǎng)。

機(jī)會(huì)總是垂青有準(zhǔn)備者。上海在這場(chǎng)全球競(jìng)爭(zhēng)中,不僅率先實(shí)現(xiàn)了二維半導(dǎo)體“從0到1”的技術(shù)突破,還成功研發(fā)出“從1到10”的原型產(chǎn)品。

通過(guò)10年的工藝積累,包文中團(tuán)隊(duì)攻克了二維集成電路制造的完整制程,建立了二維半導(dǎo)體工藝庫(kù),還自主研發(fā)出專用設(shè)備,并搭建起二維半導(dǎo)體的生態(tài)體系,具備從晶圓生長(zhǎng)、集成工藝、器件建模、電路設(shè)計(jì),到封裝測(cè)試的完整能力。

今年4月,包文中和復(fù)旦大學(xué)周鵬教授組成的聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì),在《自然》期刊發(fā)表了重磅成果,宣布成功研制出全球首款基于二維半導(dǎo)體材料的32位RISC-V架構(gòu)微處理器——“無(wú)極”?!盁o(wú)極”成功集成了5900個(gè)晶體管,首次突破二維半導(dǎo)體電子學(xué)工程化瓶頸,在全球創(chuàng)下二維邏輯芯片最大規(guī)模驗(yàn)證紀(jì)錄,相關(guān)性能達(dá)到國(guó)際同期最優(yōu)水平,而待機(jī)功耗僅為傳統(tǒng)硅基芯片的五分之一。

團(tuán)隊(duì)成員告訴記者,二維半導(dǎo)體芯片的微縮度和集成度還有巨大提升空間,未來(lái)產(chǎn)業(yè)化后將快速縮小與硅基芯片的差距。

工藝平臺(tái)面向全球開放

一項(xiàng)前沿技術(shù)要從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng),離不開產(chǎn)學(xué)研的深度融合和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的精心培育。

“目前,我們?cè)谄謻|新區(qū)川沙新鎮(zhèn)建設(shè)一條工程性示范性產(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化‘從10到100’的跨越?!睘榧铀偌夹g(shù)轉(zhuǎn)化,包文中團(tuán)隊(duì)于2025年成立原集微科技,與復(fù)旦大學(xué)完成了上千萬(wàn)元的技術(shù)轉(zhuǎn)化交易,組建了20余人的青年工程師團(tuán)隊(duì)和有10多位頂尖科學(xué)家的顧問(wèn)團(tuán)。

“我們的目標(biāo)是打造二維半導(dǎo)體界的‘臺(tái)積電’。”原集微科技計(jì)劃三年內(nèi)重點(diǎn)突破材料與硅基工藝兼容等核心難題,建成國(guó)際領(lǐng)先的二維半導(dǎo)體示范商業(yè)化產(chǎn)線,依托自主技術(shù)實(shí)現(xiàn)1—2納米級(jí)芯片性能,率先實(shí)現(xiàn)二維半導(dǎo)體技術(shù)的商業(yè)化落地。到2029年,有望實(shí)現(xiàn)全球首款二維材料芯片的量產(chǎn),用于低功耗邊緣算力等場(chǎng)景。

“二維半導(dǎo)體作為集成電路領(lǐng)域的未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,上海將通過(guò)產(chǎn)業(yè)基金引導(dǎo)、稅收優(yōu)惠、土地保障等政策,吸引產(chǎn)業(yè)鏈上下游的優(yōu)質(zhì)企業(yè)匯聚于此,共同塑造一個(gè)專業(yè)化的二維半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集聚高地,形成產(chǎn)業(yè)型協(xié)同創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)?!鄙虾J锌莆嚓P(guān)負(fù)責(zé)人表示。

“未來(lái)通線后,我們也將逐步開放示范性工藝線的器件模型和工藝庫(kù),讓全國(guó)乃至全世界有意向研發(fā)二維半導(dǎo)體或者二維硅基異質(zhì)集成芯片的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)和產(chǎn)業(yè)公司,都可以委托上海的這一工藝平臺(tái)來(lái)制造?!卑闹斜硎?。

(責(zé)任編輯:韓璐)

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