中国研发出世界上最复杂的二维1纳米厚半导体芯片

知新了了 2025-04-05 16:53:45

由此产生的处理器包含5900个单独的晶体管,能够实现完整的32位版本的RISC-V指令集。

中国科学家已经开发出世界上最复杂的二维(2D)半导体微处理器,其厚度不到1纳米。

当硅基集成电路接近小型化的物理极限时,世界各地的科学家正在转向微处理器的二维材料,如二硫化钼和二硒化钨。

这些材料通常只有一个原子厚度,在下一代电路中表现出非凡的物理特性,可以改变游戏规则。

高性能计算

该微处理器名为“灵羽CPU”,由RiVAI技术公司开发。该芯片也是中国首款完全自主研发的高性能RISC-V服务器芯片。

RISC-V服务器芯片旨在支持高性能计算,还可以支持像DeepSeek这样的大型开源语言模型。

发表在《自然》杂志上的研究表明,中国科学家引入了一种精简指令集计算架构(RISC-V)微处理器,能够在5900个MoS2晶体管和基于2D半导体技术的完整标准单元库上执行标准32位指令。

该库包含25种类型的逻辑单元。与进步保持一致 硅集成电路,研究人员还共同优化了2D逻辑电路的工艺流程和设计。

制造与设计方法论

研究人员表示:“我们的综合制造和设计方法已经克服了与二维电路的晶圆级集成相关的重大挑战,并使MoS2微处理器的开创性原型成为可能,这体现了二维集成电路技术超越硅的潜力。”

它可以支持向量指令集,超宽向量宽度,提供更强的计算能力,满足机器学习等多样化的计算需求。

开源指令集

RISC-V是一个开源指令集,允许中国公司在没有外部限制的情况下设计和制造处理器。推动采用RISC-V是为了应对持续的贸易紧张局势和制裁,这些制裁限制了中国获得先进的外国制造芯片的机会。

报告显示,最终的处理器包含5900个单独的晶体管,能够实现完整的32位版本的RISC-V指令集,这必然意味着它包括像RISC-V指令解码器这样的复杂电路。同时,有些方面有意保持简单;虽然它可以执行两个32位数字的加法,但它每次操作一个位,这意味着执行该操作需要32个时钟周期。

近年来,由于传统大块半导体的固有局限性,对后硅半导体的研究已经升级。但这些都受到诸如漏极引起的势垒降低、界面散射引起的迁移率下降以及由半导体带宽决定的受限电流开/关比等问题的困扰。

报告显示,这些挑战促使人们寻找更先进的材料,原子层厚度的二维(2D)半导体成为一种潜在的解决方案。

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