China produz o chip mais avançado do mundo

China desenvolve o primeiro chip RISC-V de 1 nanômetro do mundo com materiais 2D.

A indústria de chips da China atingiu um marco importante após cientistas desenvolverem o microprocessador semicondutor mais complexo do mundo usando materiais bidimensionais (2D). O novo chip, com menos de um nanômetro de espessura, está pronto para entrar em produção piloto.

Detalhes sobre o chip foram publicados na revista científica Nature nesta quarta-feira. Seu avanço mais notável é que sua fabricação não depende da litografia ultravioleta extrema (EUV), abrindo um novo caminho independente para a inovação em semicondutores na China.

Conforme os circuitos integrados baseados em silício se aproximam dos limites físicos da miniaturização, pesquisadores em todo mundo têm voltado sua atenção para materiais 2D como dissulfeto de molibdênio e disseleneto de tungstênio para expandir os limites do desempenho dos chips.

Com apenas um átomo de espessura, esses materiais oferecem propriedades físicas notáveis, permitindo maior redução de escala e melhor funcionalidade em circuitos de próxima geração.

Embora o crescimento de materiais 2D em escala de wafer tenha sido alcançado na última década, até agora o circuito digital semicondutor 2D mais complexo – desenvolvido pela Universidade de Tecnologia de Viena em 2017 – continha apenas 115 transistores.

“[Isso ocorre porque] esculpir o mesmo objeto em tofu é muito mais difícil do que esculpi-lo em jade”, explicou o professor Bao Wenzhong da Universidade Fudan, descrevendo a fragilidade e os desafios de usar semicondutores 2D em comparação com o silício tradicional na fabricação de chips.

Após cinco anos de desenvolvimento, Bao, junto com o professor Zhou Peng do Laboratório Chave Nacional de Circuitos Integrados e Sistemas da Universidade Fudan e sua equipe, construíram um microprocessador RISC-V de 32 bits chamado Wuji, incorporando 5.900 transistores e medindo menos de 1nm de espessura.

Esta conquista estabelece um novo padrão global em integração de semicondutores 2D.

A chave para o aumento de mais de 50 vezes no nível de integração do chip está na capacidade da equipe de manter precisão e uniformidade em escala atômica – crucial para altos rendimentos de fabricação.

“Por exemplo, circuitos inversores são blocos básicos de construção de chips, e seu funcionamento mostra a qualidade geral do chip”, disse Zhou. “Os inversores que fizemos com materiais 2D tiveram desempenho excelente – apresentaram forte saída de sinal e perda de energia muito baixa quando desligados, o que é um grande avanço na engenharia.”

A equipe fabricou um arranjo de 30 x 30 inversores – 900 no total – e os testes mostraram que 898 funcionaram corretamente, alcançando um rendimento recorde de 99,77%. Os circuitos exibiram tensão de comutação superior e consistência em comparação com estudos similares.

A fabricação do Wuji envolveu processos altamente complexos, alguns dos quais foram otimizados com ajuda de inteligência artificial. Baseando-se em um estudo de 2021, a equipe refinou cada etapa desde a síntese de materiais até a integração, melhorando a eficiência experimental.

O chip é construído na arquitetura RISC-V de código aberto, que permite alinhamento com padrões internacionais sem dependência de propriedade intelectual proprietária.

“Escolher o RISC-V significa que podemos construir um ecossistema totalmente autônomo sem ser restringido por arquiteturas ou patentes de fornecedores estrangeiros”, disse o professor Han Jun, coautor do artigo.

Sob um conjunto de instruções de 32 bits, o Wuji pode realizar operações matemáticas em até 4,2 bilhões de unidades de dados, suportar armazenamento e acesso de dados em escala de gigabytes, e executar programas contendo até 1 bilhão de instruções RISC.

Em 2022, a mesma equipe desenvolveu um chip de visão computacional usando dissulfeto de molibdênio, e em 2023 alcançou o crescimento rápido de monocamadas de dissulfeto de molibdênio em wafers de 12 polegadas através de deposição química de vapor.

De acordo com o China Science Daily, o Wuji está agora se preparando para entrar em produção piloto. Cerca de 70% de suas etapas de fabricação podem ser integradas em linhas de produção baseadas em silício existentes. Os processos especializados restantes para materiais 2D foram desenvolvidos internamente, apoiados por mais de 20 patentes de invenção.

“Isto não é uma reviravolta tecnológica completa”, disse Bao. “Pense nisso como construir um prédio comercial de vários andares: a fundação e a estrutura permanecem as mesmas, mas alguns andares no meio são reutilizados como shopping centers. Essas seções requerem design e ferramentas únicas.”

O desenvolvimento ajudará a indústria de chips da China a avançar, de acordo com Bao.

“Usando equipamentos semicondutores desenvolvidos domesticamente e o framework RISC-V de código aberto – sem depender de litografia EUV – e criando um processo de integração 2D completo, lançamos as bases para um novo caminho de desenvolvimento autossuficiente para a indústria de chips da China.”

Olhando para o futuro, Zhou enfatizou que os semicondutores 2D devem complementar, em vez de substituir, os chips de silício tradicionais. Esses novos processadores permanecerão compatíveis com interfaces existentes e poderão ser implantados em uma ampla gama de aplicações atuais.

Globalmente, a pesquisa em semicondutores 2D ainda está em seus estágios iniciais e ainda não alcançou aplicação comercial ampla. Embora ainda existam lacunas de desempenho em comparação com chips comerciais, este avanço posiciona a China para potencialmente assumir a liderança na próxima fronteira da inovação em semicondutores.

Zhang Tong
Publicado em: 4 de abril de 2025
Fonte: South China Morning Post

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