央廣網(wǎng)上海4月18日消息（記者沈梅）“在一眨眼的時(shí)間內(nèi)，超級(jí)閃存已經(jīng)工作了10億次，原來(lái)的U盤(pán)只能工作1000次。相當(dāng)于光在走了12厘米的時(shí)間內(nèi)，幾千個(gè)電子已經(jīng)儲(chǔ)存完畢。”近日，復(fù)旦大學(xué)周鵬、劉春森團(tuán)隊(duì)成功研制“破曉（PoX）”皮秒閃存器件，擦寫(xiě)速度達(dá)到亞1納秒（400皮秒），是人類(lèi)目前掌握的最快半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)器件。

北京時(shí)間4月16日，相關(guān)研究成果以《亞納秒超注入閃存》（“Sub-nanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot carrier injection”）為題發(fā)表于國(guó)際頂尖期刊《自然》（Nature）。

從遠(yuǎn)古時(shí)代的結(jié)繩記事開(kāi)始，人類(lèi)對(duì)信息存儲(chǔ)速度的追求從未止步。隨著科技的不斷演進(jìn)，電荷被證明是最佳存儲(chǔ)介質(zhì)，能夠以驚人的速度和卓越的可靠性承載海量數(shù)據(jù)，為信息時(shí)代的繁榮奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。然而，隨著人工智能時(shí)代的到來(lái)，現(xiàn)有的分級(jí)存儲(chǔ)架構(gòu)難以滿(mǎn)足計(jì)算芯片對(duì)極高算力和能效的需求。針對(duì)AI計(jì)算所需的算力與能效要求，信息存取速度直接決定了算力上限，而非易失性存儲(chǔ)技術(shù)則成為實(shí)現(xiàn)超低功耗的關(guān)鍵。

復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院周鵬、劉春森團(tuán)隊(duì)持續(xù)推進(jìn)高速非易失性閃存技術(shù)的研發(fā)。團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建準(zhǔn)二維泊松模型，在理論上預(yù)測(cè)了超注入現(xiàn)象，打破了現(xiàn)有存儲(chǔ)速度的理論極限，研制“破曉（PoX）”皮秒閃存器件，其擦寫(xiě)速度可提升至亞1納秒（400皮秒），相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了每秒 25億次的存儲(chǔ)速度，性能超越同技術(shù)節(jié)點(diǎn)下的易失性存儲(chǔ)SRAM技術(shù)，成為迄今為止世界上最快的半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)技術(shù)。

電荷超注入皮秒閃存器件工作機(jī)制 （央廣網(wǎng)發(fā) 受訪(fǎng)方供圖）

據(jù)介紹，給技術(shù)取名為“破曉”，寓意打破既有存儲(chǔ)速度分級(jí)架構(gòu)，迎接一個(gè)全新的存儲(chǔ)時(shí)代。朝著這一目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)聚焦閃存技術(shù)的速度問(wèn)題已經(jīng)研究長(zhǎng)達(dá)十年。

2015年，復(fù)旦碩士在讀的劉春森在導(dǎo)師周鵬指導(dǎo)下開(kāi)展的第一項(xiàng)研究就是閃存器件。2018年，團(tuán)隊(duì)利用多重二維材料構(gòu)建二維半浮柵閃存結(jié)構(gòu)，將存取速度提升至10納秒量級(jí)。這也是他們發(fā)表在納米技術(shù)領(lǐng)域國(guó)際期刊Nature Nanotechnology上的第一篇閃存技術(shù)相關(guān)成果。2021年，團(tuán)隊(duì)研制出范德華異質(zhì)結(jié)閃存，將存儲(chǔ)速度提至20納秒的同時(shí)確保了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的非易失，成果登上Nature Nanotechnology。2021年底，他們基于高斯定理進(jìn)行理論創(chuàng)新有了初步把握，最終在2024年構(gòu)建起了準(zhǔn)二維泊松模型，經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，迎來(lái)“破曉”時(shí)刻。

超快躍遷的電荷 （央廣網(wǎng)發(fā) 受訪(fǎng)方供圖）

“破曉（PoX）”實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)、計(jì)算速度相當(dāng)，在完成規(guī)模化集成后有望徹底顛覆現(xiàn)有的存儲(chǔ)器架構(gòu)。在該技術(shù)基礎(chǔ)上，未來(lái)的個(gè)人電腦將不存在內(nèi)存和外存的概念，無(wú)需分層存儲(chǔ)，還能實(shí)現(xiàn)AI大模型的本地部署。作為智能時(shí)代的數(shù)字基石，存儲(chǔ)技術(shù)的性能突破不僅將驅(qū)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景的顛覆性升級(jí)，更將構(gòu)筑我國(guó)在人工智能、云計(jì)算、通信工程等戰(zhàn)略領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)跑的核心支撐。