二维半导体是后摩尔时代突破硅基极限、延续集成电路发展的核心战略材料。南京大学集成电路学院王欣然教授、邱浩副教授团队打通Fab产线兼容的二维半导体芯片设计-工艺-制造全流程，成功研制出世界上首颗二硫化钼（MoS₂）多位并行微处理器“梦启（MAGIC）-1000”，晶体管集成密度创下新兴非硅数字电路的最高纪录，标志着我国二维半导体研究迈入产线融合的新发展阶段。相关成果于2026年5月26日在线发表于《自然·电子学》。

据悉，本研究由南京大学、苏州国家实验室和华为技术有限公司等单位合作完成，是“高校-研究机构-企业”产学研协同攻关的生动实践。作为南京大学苏州校区首批建设的4个学院之一，集成电路学院致力于解决集成电路材料、器件、设计及制造等相关核心环节的重大基础科学及工程问题。

面对新材料面临的共性挑战，传统设计-工艺协同优化（DTCO）难以系统性解决，团队创新性提出“材料/器件工艺-标准单元-逻辑综合-金属互连”跨层次协同优化（MLCO）方法，通过工艺层面优化攻克器件一致性瓶颈，并通过设计层面优化提升集成良率，构建起从材料生长到系统实现的全链条协同优化体系。

在工艺层,团队采用自研的晶圆级MoS2单晶生长、转移及器件工艺，实现器件阈值电压的精准控制与片上高均匀性；在标准单元层,针对二维半导体的单极特性，创新提出三行式标准单元布局替代传统CMOS的两行布局，在噪声容限与面积开销之间达成最优解；在逻辑综合层,开发出基于噪声容限的良率优化工具，采用缓冲器插入技术提升良率；在金属互连层,提出“晶圆厂（Fab）先道互连+实验室（Lab）后道晶体管”的混合集成架构，既避免了后道工艺对二维原子级沟道的不可逆损伤，又通过多维度布线分析实现了互连性能与制造成本的优化。作为跨层次协同优化的直接验证，团队将MoS2环形振荡器从此前的最高纪录11级大幅提升至101级，最高振荡频率达到105MHz，单级门延迟低至47.1ps，证明器件均一性达到了极高水准。

基于跨层次协同优化，团队在0.5μm工业制程下在超紧凑芯片面积内集成1433个MoS₂晶体管，成功研制出“梦启-1000”微处理器。该芯片采用RISC指令集，由指令解码器、寄存器堆、算术逻辑单元、多路选择器四个主要模块构成，集成晶体管密度较原有国际纪录提升1个数量级，达到9336个/mm²，比肩同节点成熟硅基工艺。芯片首次实现二维半导体的多位数据并行运算，最高工作频率可达43kHz，并在二维芯片上集成片上寄存器堆，消除了片外存储带来的访问延迟与带宽瓶颈。

“梦启”的成功研发得益于南大团队过去15年建立的二维半导体材料生长、器件工艺到大规模集成电路设计制造的完整技术体系。团队首创的“Fab+Lab”混合技术路线与跨层次协同优化方法，为后摩尔时代集成电路创新发展开辟了新路径，将加速二维半导体在三维异质集成、智能芯片等领域的产业化落地，为我国在下一代集成电路全球竞争中构筑核心优势。

南京大学苏州校区是南京大学发展壮大新工科的主阵地，也是与苏州高新区“双高协同”的核心载体，这不仅是一所家门口的“双一流”大学，更是一座高端创新资源“蓄水池”。接下来，太湖科学城功能片区将抢抓苏州高新区与南京大学“双高协同”试点契机，全面落实《苏州高新区环南大科创圈建设三年行动计划（2026—2028年）》，加速引入创新资源、集聚高端人才、升级产业结构，加快建设国际一流科创生态圈。