(问题)在算力需求快速攀升与能耗约束日益突出的背景下,如何在先进制程受限、成本高企的现实条件中持续提升芯片性能与能效,成为全球半导体产业共同面对的课题。
尤其是移动端、边缘端对“低功耗、高可靠、可规模化”的算力需求不断增强,无人机、机器人、智能终端等场景对芯片的能效比提出了更高要求。
传统依赖更先进工艺节点的路径,面临设备、工艺、投入与供应链等多重挑战,亟需探索新的材料体系与集成路线。
(原因)二维半导体材料以原子级厚度为特征,具备在更小尺度下保持良好电学性质的潜力,被视为“超越摩尔”重要方向之一。
与此同时,二维器件制造环节与既有硅基工艺在若干流程上具有兼容性,为从实验室走向工程化提供了可能。
近期在上海点亮的二维半导体工程化示范工艺线,核心价值正在于打通“材料—器件—电路—系统”链条中的关键工程环节,通过稳定可重复的流程与参数窗口,将科研成果转化为可验证、可放大的制造能力。
据公开信息,该示范线计划于今年6月实现通线,后续将围绕等效硅基不同工艺代际目标推进迭代。
(影响)示范工艺线的落地,首先将为二维半导体从样片走向小批量试制提供必要平台。
产业化并非单点技术突破即可完成,更需要在晶圆级一致性、良率、可靠性、测试封装与系统适配等方面形成可复制的工程体系。
其次,该平台有望推动非硅基异质集成探索更快进入应用验证阶段。
与单纯追逐制程节点不同,面向能效与特定场景的“系统级优化”可能形成新的竞争优势:在同等或相近性能目标下,以更低功耗、更低成本的方式获得可用算力,具有直接的市场意义。
再次,这一进展也为我国在新材料与新器件方向形成差异化路径提供了实践样本,有利于提升产业链韧性与创新供给能力。
(对策)从工程化示范到产业化量产,需要在“产学研用”协同上形成更清晰的路线图。
一是强化标准化与可测量体系建设,围绕材料参数、器件模型、版图规则、工艺窗口与可靠性评估建立统一指标,使研发、制造、验证可对齐、可追溯。
二是加快关键环节的配套能力,包括沉积与转移等工艺装备、良率提升方法、设计工具链适配以及封装互连方案优化,形成从制造到设计的闭环。
三是以应用牵引推动迭代,优先选择对功耗敏感、对绝对性能要求相对可控且可快速落地的场景开展试点示范,通过真实负载数据反哺工艺与架构优化。
四是注重人才与机制保障,鼓励跨学科团队在材料、微纳加工、电路设计、系统软件等方面协同攻关,缩短从原理样机到工程产品的距离。
(前景)业内普遍认为,二维半导体的产业化进程将呈现“先验证、再迭代、后扩展”的节奏。
随着示范工艺线通线、工艺稳定性提升以及设计生态逐步完善,二维材料在超低功耗计算、传感与特定加速器等方向的应用或将率先突破。
此前相关团队研制的二维半导体微处理器“无极”以32位RISC-V架构实现功能验证,显示出在不依赖极端先进光刻条件下探索能效提升的可行性。
未来,若能在晶圆级一致性、规模制造与系统应用上形成成熟方案,二维半导体有望在边缘计算等领域提供更具竞争力的能效解决方案,并与既有硅基体系形成互补,推动我国集成电路产业在新赛道上实现加速追赶与并跑。
从实验室原型到工程化示范,二维半导体技术的产业化探索正在加速推进。
这条工艺线的启动,既是我国半导体产业坚持自主创新、探索多元技术路径的生动实践,也为全球半导体技术发展提供了新的可能性。
面向未来,如何在保持技术创新活力的同时,加快产业化进程、完善配套生态、拓展应用市场,将是决定这一新兴技术能否真正落地生根的关键所在。
唯有持续深化产学研协同,方能将技术优势转化为产业优势,为构建更加安全、高效的半导体产业体系贡献力量。