https://gigazine.net/news/20250404-risc-v-processor-2d-semiconductor/
A RISC-V 32-bit microprocessor based on two-dimensional semiconductors | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08759-9
Fudan team develops new kind of chips - Chinadaily.com.cn
https://www.chinadaily.com.cn/a/202504/03/WS67ede3cca3104d9fd381d6ae.html
A 32-bit processor made with an atomically thin semiconductor - Ars Technica
https://arstechnica.com/science/2025/04/researchers-build-a-risc-v-processor-using-a-2d-semiconductor/
半導体業界には長らく、「半導体の集積密度は18～24カ月で倍増し、チップの性能が倍になってもさらなる小型化が進む」とするムーアの法則が経験則として存在し、メーカーの目標として機能してきました。しかし近年では、ムーアの法則は限界に近づいていると指摘されています。
そんな中で注目を集めているのが、シリコンに代わる新しい半導体材料である「2次元物質(2次元材料)」です。3次元の結晶であるシリコンは縦と横に加えて「深さ」の方向にも構造を持っているため、微細化技術を向上させてもいずれ限界を迎え、これ以上は小さくできない段階に達するとされています。これに対して、単一の平面で繰り返される化学結合を有する2次元物質は、せいぜい原子1個～数個程度の厚みしか持たないため、シリコンが持つ制限を回避することが可能だと期待されているとのこと。
今回の研究チームがプロセッサ製造に用いたのは、2次元材料のひとつである二硫化モリブデンです。二硫化モリブデンの化学結合は以下のように、硫黄(黄色の球)とモリブデン(青色の球)がジグザグに並んだ化学結合を有しており、構成原子よりはわずかに厚いもののかなり薄い材料となっています。
多くの研究者らの努力により、すでに2次元物質からわずか数原子分ほどの厚みのトランジスタを製造することには成功しています。しかし、原子レベルの精度で完全な集積回路を構築することは難しく、これまでは最高でも数百個のトランジスタを集積させるにとどまっていました。
復旦大学の研究チームは5年間にわたる研究開発を行った結果、サファイア基板上にウェーハサイズの二硫化モリブデンシートを生成し、5900個の二硫化モリブデントランジスタを集積したRISC-Vプロセッサを開発することに成功しました。
研究チームが構築したデモデバイスは、一部に導電材料としてグラフェンを用いています。また、配線にアルミニウムと金という2つの異なる金属を使用し、配線の材料と埋め込まれている材料を通じて、各トランジスタのしきい値電圧を調整しました。この配線と材料の組み合わせは、機械学習を用いて特定されたとのことです。
機能的な回路を作るため、研究チームは25個の論理ゲートをすべて作り、そのうちで機能した18個の論理ゲートでプロセッサを構築しました。最終的に、プロセッサ製造全体の歩留まりは99.9％以上に達したと報告されています。
こうして製造された二硫化モリブデンプロセッサには5900個のトランジスタが搭載され、完全な32ビットのRISC-V命令セットを実行できるとのこと。しかし、一度に動作するのは1ビットに限られるため、演算を実行するのには32クロックサイクルが必要であり、クロック周波数もkHz単位に制限されています。
それでも研究チームは、今回開発された二硫化モリブデンプロセッサは、まだ実装されていないシリコンに代わるハードウェアの中で、最も洗練されたもののひとつだと主張しています。とはいえ、このプロセッサが既存のシリコンプロセッサに取って代わるとは考えておらず、単純なセンサー用の超低消費電力プロセッサといった、ニッチなニーズを満たす可能性があると予想しているとのことです。
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