Chip Revolusioner Dunia! Tim Fudan Berhasil Kembangkan Chip Flash Hibrida 2D–Berbasis Silikon Pertama di Dunia

Tim dari Laboratorium Nasional Chip Terpadu dan Sistem di Universitas Fudan kembali mencetak sejarah di dunia semikonduktor global. Dipimpin oleh Profesor Zhou Peng dan Liu Chunsen dari Sekolah Inovasi Sirkuit Terpadu dan Mikro-Nano Elektronika, mereka sukses mengembangkan arsitektur “Changying (CY-01)”, yang menggabungkan perangkat flash memori ultra-cepat dua dimensi “PoX (Pox)” dengan teknologi CMOS berbasis silikon yang telah matang. Hasilnya—chip flash dengan arsitektur hibrida 2D–silikon pertama di dunia—resmi diterbitkan di jurnal ilmiah bergengsi Nature pada malam 8 Oktober waktu Beijing.

Di era big data dan kecerdasan buatan (AI), performa akses data yang cepat dan efisien menjadi kunci utama. Namun, kecepatan dan konsumsi daya dari memori tradisional telah menjadi “titik leher botol” yang membatasi perkembangan daya komputasi. Pada April tahun ini, tim Zhou dan Liu juga mempublikasikan perangkat prototipe flash 2D “PoX” di Nature, yang mencapai kecepatan penyimpanan non-volatil ultra-cepat 400 pikodetik—menjadikannya teknologi penyimpanan muatan semikonduktor tercepat di dunia hingga saat ini. Inovasi ini membuka jalan untuk mengatasi hambatan mendasar dalam pengembangan performa komputasi.

Namun, tantangan besar berikutnya adalah bagaimana membawa terobosan ini dari laboratorium ke dunia industri—sebuah proses yang dikenal sebagai “LAB to FAB”. Untuk mempercepat langkah menuju komersialisasi, tim Fudan memilih untuk langsung terlibat dalam rantai industri semikonduktor.

“Dari seluruh perangkat elektronik berbasis 2D, memori adalah kandidat paling mungkin untuk menjadi yang pertama dikomersialisasikan,” jelas Profesor Zhou. “Karena tidak memerlukan kualitas material atau proses manufaktur ekstrem, namun mampu memberikan kinerja jauh melampaui teknologi industri saat ini—bahkan bisa melahirkan aplikasi yang benar-benar revolusioner.”

Teknologi CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) merupakan fondasi utama pembuatan sirkuit terpadu di dunia. Hampir semua chip komersial diproduksi dengan proses ini. Oleh karena itu, tim Fudan berpendapat bahwa mempercepat inkubasi teknologi baru berarti mengintegrasikan perangkat flash 2D ultra-cepat secara mendalam ke dalam lini produksi semikonduktor CMOS yang sudah mapan, sehingga dapat membawa lompatan baru bagi teknologi konvensional.

Untuk menemukan “jalan yang tepat” ini, tim menempuh proses riset dan eksperimen selama lima tahun penuh—dengan banyak kegagalan yang akhirnya mengantar mereka pada terobosan besar.

Chip modern umumnya dibuat dari bahan silikon dengan ketebalan mencapai ratusan mikrometer, sementara bahan semikonduktor 2D berada di level atomik—kurang dari satu nanometer tebalnya. Menggabungkan material setipis ini dengan struktur kompleks CMOS—yang menyerupai kota mini penuh “gedung tinggi” dan “permukaan bergelombang”—bukan hal mudah.

“Bayangkan kita melihat Shanghai dari luar angkasa—terlihat datar,” ujar Zhou dengan perumpamaan menarik. “Tapi di permukaan, ada bangunan setinggi ratusan meter. Jika kita bentangkan film super tipis di atasnya, film itu pasti akan berkerut atau sobek.”

Selain itu, memasukkan material 2D baru ke dalam lini produksi CMOS berisiko menyebabkan kontaminasi, sesuatu yang tidak dapat diterima oleh pabrik chip mana pun di dunia.

Untuk mengatasi tantangan ini, tim memilih pendekatan inovatif: bukan mengubah CMOS, tetapi menyesuaikan diri dengannya. Mereka mengembangkan metode integrasi modular, di mana sirkuit memori 2D dan sirkuit kontrol CMOS dibuat secara terpisah, kemudian digabung menggunakan teknologi interkoneksi monolitik berkerapatan tinggi pada skala mikron.

Pendekatan ini berhasil mencapai ikatan tingkat atom antara material 2D dan substrat CMOS, menghasilkan tingkat kelayakan produksi chip luar biasa sebesar 94,3%. Chip ini mendukung operasi instruksi 8-bit, pemrosesan paralel kecepatan tinggi 32-bit, serta pengaksesan acak—dan performanya melampaui teknologi flash saat ini. Ini menjadi implementasi teknik pertama di dunia dari arsitektur hibrida 2D–silikon.

Selain itu, tim juga memperkenalkan metodologi desain lintas platform baru, mencakup desain kooperatif sirkuit 2D–CMOS dan desain antarmuka lintas platform, yang kemudian mereka beri nama arsitektur “Changying (CY-01)”.

“Ini adalah teknologi sumber dari China—sebuah terobosan yang memberi kita kendali strategis dalam teknologi inti memori generasi berikutnya,” ujar Zhou penuh keyakinan.

Ke depan, tim Fudan berharap teknologi flash hibrida 2D–silikon ini dapat menggantikan sistem memori bertingkat tradisional, menghadirkan solusi penyimpanan universal dengan kecepatan lebih tinggi dan konsumsi daya lebih rendah. Dengan potensi besar dalam mendukung perkembangan AI dan big data, mereka percaya bahwa memori 2D akan menjadi standar penyimpanan utama di era kecerdasan buatan, sekaligus mendefinisikan kembali masa depan industri semikonduktor global.