圖為原集微科技現(xiàn)場展示的二維半導體產(chǎn)品。
很難想象，在上海浦東川沙一座看上去有些傳統(tǒng)、有些擁擠的工業(yè)園區(qū)，居然“隱居”著集成電路產(chǎn)業(yè)的未來。昨天，我國首條二維半導體工程化驗證示范工藝線在這里點亮。
在硅基芯片日益逼近物理極限，全球競爭陷入焦灼的當下，二維半導體被公認為是未來芯片的重要形態(tài)。上海這條示范線的點亮，意味著這一革命性技術(shù)正在走出實驗室，沖刺產(chǎn)業(yè)化。這不僅有利于推動集成電路行業(yè)沿著“摩爾定律”的指引繼續(xù)高速向前，更為我國通過“換道超車”突破芯片裝備和工藝瓶頸創(chuàng)造了難得的機遇。
用原子直接“搭建”集成電路
這條由原集微科技（上海）有限公司建設的示范線，如同一座縮微版的集成電路工廠。記者透過參觀通道的玻璃看到，兩座總面積近1000平方米的潔凈室里擺滿了各種半導體加工設備，包括光刻機。近10名身著全套防塵服、甚至連面部都包裹嚴實的技術(shù)人員，正在對設備進行調(diào)試。據(jù)透露，如果一切順利，今年年中，整條示范線將完成聯(lián)調(diào)，開始生產(chǎn)。
“我們做的，是用原子直接搭建集成電路。”原集微創(chuàng)始人，復旦大學集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、微電子學院研究員包文中表示，二維半導體不僅是材料的更迭，更是對晶體管物理極限的終極挑戰(zhàn)。
當今的集成電路制造，考驗的是人類在納米尺度上“雕琢”晶體管的極限能力。隨著硅基芯片尺度不斷逼近原子級，漏電、發(fā)熱等負效應橫亙在產(chǎn)業(yè)面前，越來越難逾越。二維半導體技術(shù)采用了截然不同的路線，繞過了集成電路制造的最難環(huán)節(jié)——對硅基材料進行原子級打磨，而是讓特定材料的原子自發(fā)地“生長”出來，直接形成厚度低至一個或幾個原子的薄膜（近乎“二維平面”）。以這種工藝制備的芯片能完美抑制漏電，為電子流動提供一條阻力極小的“高速公路”，加工工藝也被大大簡化。
包文中介紹，相比硅基半導體需要1500步以上的繁瑣加工，二維半導體理論上可省去80%的流程，包括離子注入、外延生長等；尤其在光刻環(huán)節(jié)，甚至可用低級別的光刻機，實現(xiàn)當今最先進的集成電路制程。對于目前在極紫外（EUV）光刻機方面被嚴重卡脖子的中國而言，這條路一旦走通，無疑具有極為重要的戰(zhàn)略意義。
5年內(nèi)靠全國產(chǎn)實現(xiàn)1納米
原集微是一家脫胎于復旦大學科研團隊的企業(yè)，成立于2025年，去年底完成了近億元的天使輪融資。創(chuàng)始人包文中在20年前就從石墨烯晶體管入手，開始研究二維半導體材料。
在復旦大學的一條實驗線上，包文中和周鵬教授合作，首次突破二維半導體電子學工程化瓶頸，造出了全球首款基于二維半導體材料的32位RISC-V架構(gòu)微處理器“無極”，集成了5900個晶體管，創(chuàng)下全球二維邏輯芯片最大規(guī)模驗證紀錄，性能達到國際同期最優(yōu)水平。相關(guān)成果在去年4月發(fā)表在國際權(quán)威期刊《自然》上，受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。
包文中坦言，“無極”芯片代表了科研路線探索二維半導體的“天花板”。而要進一步有所作為，實現(xiàn)“從1到10再到100”的跨越，此次點亮的這條示范線是至關(guān)重要的一步。
據(jù)透露，示范線在今年6月完成設備聯(lián)調(diào)“跑通”之后，將于9月前完成小批量制造，預計將用等效于硅基90納米芯片制程，制造出兆字節(jié)（MB）級存儲器和百萬門級邏輯電路；今年底，將試生產(chǎn)存算融合的端側(cè)算力產(chǎn)品。
在此基礎(chǔ)上，原集微還公布了未來5年的發(fā)展路線圖：在今年實現(xiàn)等效硅基90納米的CMOS制程后，將于2027年利用成熟工藝的K線光刻機，實現(xiàn)等效硅基28納米工藝；2028年，實現(xiàn)等效硅基5納米甚至3納米工藝；最終在2029年或2030年，基于全國產(chǎn)集成電路裝備，實現(xiàn)等效1納米工藝。這一路線圖若能如期實現(xiàn)，則意味著我國集成電路產(chǎn)業(yè)將基于自主技術(shù)，追平世界最頂尖的工藝水平，從而完成歷史性跨越。
圖為原集微科技位于浦東川沙新鎮(zhèn)的二維半導體工程化驗證示范工藝線廠房。
“上海速度”刷新行業(yè)紀錄
點亮一條示范線，不僅是技術(shù)的勝利，更是上海深化產(chǎn)學研融合探索的一次成功探索。
從源頭來看，高校正在扮演重要的“源頭活水”角色。正如出席儀式的中國科學院院士、復旦大學校長金力所言，作為國內(nèi)二維材料研究的中堅力量，復旦大學在集成電路設計、工藝優(yōu)化迭代、邏輯驗證領(lǐng)域均處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，為技術(shù)轉(zhuǎn)化奠定堅實基礎(chǔ)。而原集微示范線的推進，是復旦大學“基礎(chǔ)研究-應用研究-產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化”全鏈條創(chuàng)新能力的集中體現(xiàn)。
在生態(tài)培育上，上海也憑借得天獨厚的優(yōu)勢，為集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供助力。市科委副主任翟金國表示，上海已將二維半導體作為未來產(chǎn)業(yè)培育的重要方向，通過產(chǎn)業(yè)基金、人才對接等全鏈條服務，支持龍頭企業(yè)牽頭組建創(chuàng)新聯(lián)合體。據(jù)透露，目前原集微已經(jīng)和國內(nèi)頂尖集成電路企業(yè)形成合作，在示范線運行之前就初步驗證了二維半導體技術(shù)，打消了產(chǎn)業(yè)界的質(zhì)疑。
同時，浦東新區(qū)和川沙鎮(zhèn)也通過優(yōu)質(zhì)的營商服務，為科技初創(chuàng)企業(yè)成長掃清難關(guān)。包文中透露，示范線從開工到設備進廠，只用了100天，這樣的“上海速度”出乎許多人預期，刷新了行業(yè)紀錄。
在二維半導體這條前沿賽道上，原集微作為一家初創(chuàng)企業(yè)，正利用上海給予它的全方位支持奮力奔跑，力爭在“后摩爾時代”為我國半導體產(chǎn)業(yè)高水平自立自強作出貢獻。
包文中表示，基于二維半導體的優(yōu)異特性，基于它制作的芯片，可在許多領(lǐng)域大展身手。比如其突出的低功耗和低發(fā)熱特性，特別適合用于端側(cè)算力，未來裝備這種芯片的無人機，完全可以像機器人一樣自主飛行、執(zhí)行任務。另外，二維半導體還具有突出的抗輻照性能，可裝備在航天器和衛(wèi)星上，從而在漫長太空之旅中經(jīng)受住宇宙射線的侵襲。
