作者：电子创新网编辑部
近期，复旦大学与绍兴实验室联合发布的晶圆级二维半导体 FPGA，在产业界和科研界都引发了强烈关注。虽然这是一项仍处研究阶段的技术成果，但其背后代表的是一个正在加速成型的新方向：二维半导体材料从“学术材料”走向“体系级芯片架构”。
这不仅是一次实验室成果，更是一条可能改变未来半导体路线图的新路径。
基于二维过渡金属硫化物的现场可编程门阵列（FPGA）。(a) 4英寸二硫化钼晶圆照片，及连续晶圆级二硫化钼薄膜上10个随机位置的拉曼光谱。(b) 2D FPGA单元的局部扫描电镜图像（左）与E-D型NMOS逻辑的3D结构示意图（右）。(c) 2D FPGA的逻辑电路设计图。(d) 2D FPGA的光学显微镜图像；其中CLB指可配置逻辑块，I/O为输入/输出端口，DFF表示D触发器。（图源：绍兴实验室）
1. 从“单管展示”到“系统集成”：二维半导体跨过最大技术门槛
二维半导体材料（如 MoS₂、WS₂）被视为下一代超低功耗、高抗辐射材料，但过去十年，它们的研究几乎全部停留在：
单个晶体管
小规模电路
简易微处理器演示
此次 FPGA 实现了 4,000 个晶体管的集成，并包含：
9 个可配置逻辑块
近 300 个配置比特
统一工艺下的逻辑+存储集成（2T cell）
完整的可重构逻辑链路（加法器、乘法器、计数器）
这意味着二维材料 首次突破“器件级”向“系统级”跨越。
FPGA 是半导体集成度的“分水岭”：
能做 FPGA，就意味着材料体系具备实现更复杂系统（微处理器、加速器、AI 单元）的潜力。
对于二维材料来说，这是里程碑式跃迁。
2. 为什么是 FPGA？二维半导体的最佳验证平台
选择 FPGA 而不是 CPU/GPU，绝不是巧合。
FPGA 的关键价值：
验证材料的可集成性（数量级更高）
逻辑 + 存储 + 路由的复杂性高于一般微处理器
对器件一致性要求极高
天然适合在早期材料体系中做“架构测试”
传统硅基 FPGA 经过几十年演进，而二维材料 FPGA 在一次流片中完成逻辑-存储融合，显示了材料体系的潜力：
更薄、更低漏电、更适合超低功耗边缘计算
极高的抗辐射能力适合航天任务
天然适合极端环境（高温、辐射）的电子系统
二维材料 FPGA 的出现意味着：
二维材料不再是“未来的可能”，而是正在具备完成复杂电子系统的现实路径。
3. 10 Mrad 抗辐射：可能会改写航天电子学
器件在10 Mrad 总电离剂量（TID）后仍可正常工作，这个数据极具震撼性。
为对比：
体系 | TID 指标 | 典型用途 |
商业 CMOS | 10–100 krad | 普通消费电子 |
航天抗辐射芯片 | 300 krad – 1 Mrad | 卫星电子模块 |
此次二维材料 FPGA | 10 Mrad | >>> 远超航天标准 |
这种天然抗辐射特性意味着：
卫星可以减少厚重 shielding（屏蔽）
卫星电子 payload 更轻、成本更低
适用于深空探测、高宇宙射线场景
二维材料可能成为下一代航天电子关键材料。
1. FPGA + 二维材料：为何对 AI 与 IoT 同样重要？
二维材料 FPGA 的另一个方向是 低功耗边缘 AI。
FPGA 本来就适合：
AI 算法的快速硬件化
定制加速器的快速验证
AI 模型的低功耗部署
而二维材料自身：
亚纳米级薄度 → 极低静态功耗
不存在传统硅的短沟道效应 → 更好的缩放潜力
如果未来能实现更大规模：
二维材料 FPGA 有可能成为“AIoT 超低功耗加速器”的新路线。
这也是欧洲工程师对该项成果特别关注的原因之一。
2. 中国二维半导体的整体布局：实验室正在变成“体系化创新中心”
此次成果源自：
复旦大学：国内二维材料研究深度最强的团队之一
绍兴实验室（Shaoxin Lab）：浙江省重点打造的半导体创新平台
值得注意的两个趋势：
趋势 1：由材料演示 → 架构级系统
继“无极/Wuji”二维材料微处理器后，这次 FPGA 表明：
中国团队正在构建二维材料体系级路线图
从处理器 → FPGA → 未来可能是存算一体、AI 加速器
重点方向在逻辑-存储混合集成
趋势 2：地方政府推动“本地试产 + 工艺优化”
绍兴实验室明确提到：
下一阶段将进行工艺优化
预期开展试验线验证
这意味着二维材料芯片未来可能进入：
研发样品 → 小批量验证 → 定制领域应用
二维半导体有望形成地方产业链雏形。
3. 回到产业意义：这项突破到底代表什么？
总结来看，这项晶圆级二维材料 FPGA 的亮点并不在“规模很大”，而在于：
① 这是二维材料首次实现真正意义上的系统级集成
FPGA 是复杂度的门槛，跨过去意味着材料体系可走向真实系统。
② 天然抗辐射能力让二维材料进入“航天电子最佳候选”
10 Mrad 级别，是一项足以推动产业机构重新评估材料路线的成果。
③ 对低功耗 AI、IoT、边缘计算具有潜在颠覆性意义
二维材料本身能实现远低于硅的功耗。
④ 中国在二维半导体系统级研究上已显现领先位置
不仅做“材料论文”，而是做“体系架构”与“芯片级工程化”。
⑤ 为未来可能的“后硅时代”提供了一条可替代硅的备份路线
如果摩尔定律最终停下，两类技术将成为重点：
chiplet + 3DIC（未来十年主线）
新材料体系芯片（更长周期的战略储备）
二维材料 FPGA 显然属于第二类。
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