点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:世界最快闪存在中国“破晓”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

世界最快闪存在中国“破晓”

来源:中国科学报2025-04-18 10:03

  ■中国科学报见习记者 江庆龄

  你是否遇到过这样的时刻——刚写了一半的文章,还没来得及保存,电脑突然自动关机。等重新启动时,只能对着空白文档懊恼地叹气,提醒自己下次及时保存。

  要是关机时能够自动保存就好了!复旦大学教授周鹏、青年研究员刘春森团队研制的“破晓(PoX)”皮秒闪存器件,有望在不远的将来解除这个困扰。

  该团队颠覆现有闪存技术路径,突破了信息存取速度极限,能够满足人工智能(AI)对极高算力和能效的要求,助力AI大模型极速运行。4月16日,相关研究发表于《自然》。

世界最快闪存在中国“破晓”

  十年求索,一路繁花

  无论电脑还是手机,都有“运行内存”和“机身内存”两套存储系统,前者操作速度快,但容量小,一旦断电,数据就全部清空,学术界称之为“易失性存储器”;后者容量大,即便突然拔掉电源也无需担心数据丢失问题,但运行速度极慢。它们有一个学名,叫作“非易失性存储器”。

  长久以来,为了能够同时满足操作速度和存储容量的要求,易失性存储器和非易失性存储器需要配合工作——由易失性存储器负责文档编辑、图片处理等工作,再由非易失性存储器保存修改后的信息。

  人们早已习惯了这一运行模式。随着信息存储技术发展,越来越多的宝贵经验得以保留,为信息时代的繁荣奠定了基础。

  然而,在“大数据”驱动的AI时代,现有分级存储架构已无法满足计算芯片对极高算力和能效的需求。

  “针对AI计算的算力与能效的要求,信息存取速度直接决定算力上限,而非易失性存储技术是实现超低功耗的关键。因此,破局点在于解决集成电路领域最关键的基础科学问题,即信息的非易失存取速度极限。”刘春森告诉《中国科学报》。

  二维材料因其独特的物理性质,兼具导体、半导体和绝缘体特性,在微缩集成电路、提升稳定性及开发新型存储器方面潜力巨大。

  早在10年前,周鹏团队就开始布局,着手突破现有存储技术瓶颈,研发兼具现有两类存储器优势的第三类存储技术。2015年,刘春森来到复旦大学攻读博士学位,师从周鹏,开始尝试用二维半导体材料制作存储器。

  “这项成果是我们团队的‘十年之约’。”刘春森说,“过去10年,团队聚焦信息存取速度极限,深耕以闪存为代表的非易失性存储技术,不断实现运行速度的提升。”

  2018年,团队设计出由多重二维材料堆叠构成的半浮栅结构晶体管,并构筑得到了二维半导体准非易失性存储原型器件,写入速度比当时的U盘快1万倍,破解了“写入速度”与“非易失性”难以兼得的难题。

  此后,团队进一步优化存储器结构,不断提升闪存速度,2021年、2023年、2024年相继取得突破性进展。

  其中,2024年,团队在国际上首次实现了最大规模1Kb纳秒超快闪存阵列集成验证,并证明其超快特性可延伸至亚10纳秒。这一超小尺寸器件具备20纳秒超快编程、10年非易失、10万次循环寿命和多态存储性能,单一器件循环寿命达800万次。

  这次,团队从底层机制进行创新,研制的“破晓”皮秒闪存器件擦写速度达亚1纳秒(400皮秒),即每秒可以工作25亿次,与计算机芯片的工作速度(每秒10亿~30亿次)相当。此外,器件的工作电压低于5伏,未来有望进一步降低,在能耗方面极具优势。

  “‘破晓’是目前世界最快的半导体电荷存储器件,性能超越同技术节点下最快的易失性存储SRAM技术。”回顾过去10年,周鹏感慨,“在取得这项颠覆性成果的过程中,我们在沿途采摘了很多不同的鲜花。”

  打破常规,突破边界

  随着研究不断深入,团队逐渐意识到,在现有框架下,闪存速度很难实现颠覆性突破。2020年,基于前期积累,团队决心打破现有体系,从物理第一性原理出发,突破闪存存取的速度边界。

  2023年6月,复旦大学2022级博士研究生向昱桐接下这个课题;3个月后,2023级博士研究生王宠也参与到这项工作中。

  对两位“00后”而言,最大的挑战在于转变思维方式。“我们要做一个全新架构,没办法参考已有理论,因此很容易陷入原有思维,跳不出传统闪存技术的框架。”他们坦言。

  为了测试闪存速度,二人着实费了一番工夫。“实验室之前的设备只能支持测量纳秒级别的闪存,而‘破晓’的速度达到400皮秒,我们想了很多办法才研制出能够满足高速测试要求的设备。”向昱桐表示。

  经过不断摸索,团队在脑海中逐渐搭建起一套全新的存储器理论框架,最终“破晓”惊艳亮相。

  “我们首先通过构建准二维泊松模型,理论预测了无极限超注入的新路径。”刘春森解释,“传统硅闪存电荷注入存在峰值,这是限制其速度加快的根本原因。我们结合二维狄拉克能带结构与弹道输运特性,实现沟道电荷向存储层的超注入,表现为无限注入。”

  电荷注入指通过物理手段将电子注入存储器的存储单元,从而实现数据写入。在读取数据时,通过检测电流变化来判读存储的是“0(有电荷)”还是“1(无电荷)”。

  在现有技术框架下,尽管可以通过加大电压,以能耗换效率的方式提高闪存注入速度,但随着电荷注入逼近峰值,高电压能够起到的正面作用变得十分有限。

  “传统闪存就像‘爬’楼梯,由于人的体力有限,无论如何分配,平均速度肯定快不了。无极限超注入新机制则可以理解为坐火箭‘飞’,速度实现了极大的提升。”刘春森说。

  破晓时刻,曙光初现

  周鹏常对刘春森说:“硅技术积累了太多专利壁垒,我们要聚焦前沿另辟蹊径,用新材料实现技术突破,在集成电路基础制造上走下去、再走下去。”

  实验室从“0到1”的突破固然令人激动,但更重要的还是用之于民。团队的初心始终是通过二维半导体材料和技术的更新,解决行业痛点,助力集成电路产业发展。

  目前,团队正以“破晓”原型器件为起点,加速推进皮秒闪存器件的产业化。

  “我们在同步开展一项Kb级小规模量产工作。”刘春森介绍,“结合标准CMOS工艺,我们成功获得了可支持高速读写、存储的皮秒闪存器件,这类器件同时具备AI相关的矩阵运算能力。”

  值得一提的是,“破晓”存储器件的稳定性高度依赖工艺流程的一致性,通过AI算法对工艺测试条件进行科学优化,能够推动技术创新与落地。

  “这项高速非易失闪存技术有望重塑全球存储技术格局,推动产业升级并催生全新应用场景,还将为我国实现技术引领提供强有力支撑。”周鹏表示。

  因此,周鹏把这一皮秒闪存器件命名为“破晓”——“破”和“皮秒”的“皮”谐音,同时破晓是一天中曙光初现的时刻。“我们希望,这项技术可以帮助中国半导体产业度过黎明前最黑暗的那段时光。”

[ 责编:宋雅娟 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 日夜穿梭街巷 深圳无人物流跑出新速度

  • 昆仑文化论坛在青海西宁开幕

独家策划

推荐阅读
2013年,东正光学的创始团队在广东深圳租下第一间厂房。4年后,当工业光学与电影影像的积累具备向更广泛创作者群体转化的条件时,东正光学重返消费市场,推出Thypoch(叙)品牌。
2026-08-21 07:20
7月17日,习近平主席在2026世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议开幕式上发表题为《携手构建公正合理的全球人工智能治理体系》的主旨讲话。
2026-08-21 02:00
近期,因冬季寒区试车而闻名的边疆小城——黑龙江黑河迎来了反季节试车热潮。在试运行的全球规模最大四季低温汽车试验场内,零下30摄氏度的室内一片冰天雪地,来自多个车企与零部件厂商的测试车辆正自如驰骋,借助静态低温舱、冰雪圆环、多角度对开坡道等专业场景展开性能测试。
2026-08-21 03:40
最新统计数据显示,截至2026年7月底,江苏省光伏发电累计装机容量突破1亿千瓦,占全省电力总装机的比重超38%,成为全省第一大电源。图为8月19日,在扬州市邗江区公道镇,电力运维工人在检查渔光互补发电设备运行情况。
2026-08-21 03:40
近期,南华大学核科学技术学院韦悦周教授团队从稀土矿渣中直接分离得到高纯度的阿尔法核素铅-212及其前体核素钍-228,并成功实现了单批次从公斤级稀土矿渣中分离提取158微居里的铅-212/铋-212。
2026-08-21 03:50
近日,中国科学院海洋研究所联合美国加州大学圣巴巴拉分校等机构,在南极冰盖近期质量变化的气候驱动机制研究方面取得重要进展。研究发现,2021—2023年热带暖池持续增暖激发向南极传播的罗斯贝波列,形成东南极南北向偶极环流,重组水汽输送并增强区域降雪,从而暂时减缓了南极冰盖质量损失。
2026-08-21 03:50
习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上的讲话中指出,我国正从全球科技参与者、贡献者向开拓者、引领者加速转变,成为创新力上升最快的国家之一。
2026-08-20 02:10
中国信息通信研究院18日发布的《具身智能训练场研究报告(2026年)》显示,随着各部门密集部署人形机器人中试基地和训练场建设,我国具身智能训练场已经成为关键基础设施,形成规模化集群化布局。
2026-08-20 02:10
19日,朱雀三号遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空。火箭一子级按预定程序成功软着陆于甘肃省民勤县朱雀三号着陆场坪,二子级将搭载的鸿鹄03星顺利送入预定轨道,飞行试验任务取得圆满成功,为后续开展回收箭体检修维护、复用飞行和商业化应用奠定基础。本次任务是继7月10日长征十号乙运载火箭一子级海上网系成功回收后,我国首次成功实施重复使用运载火箭一子级着陆腿方式陆地可控回收,标志着我国重复使用火箭技术取得重大突破。
2026-08-20 04:00
19日从中国科学技术协会了解到,为大力弘扬科学精神,营造风清气正的学术生态,加快建设世界一流科技期刊,中国科技期刊卓越行动计划(以下简称“卓越计划”)入选期刊及集群共同倡议“恪守科研诚信和学术道德”。
2026-08-20 04:00
近几个月来,北京大模型捷报频传:Kimi K3发布当前最大开源模型,综合智能水平直逼国际两大尖端闭源模型;小米MiMo-V2.5在通用图形处理器上实现推理速度大幅突破,并登顶全球多模型聚合平台公布的大模型调用量榜首;字节跳动发布新一代视频生成模型Seedance 2.5,在生成时长、多模态理解、编辑精度等维度实现全面升级。
2026-08-20 04:00
“或为近150年最强”“或为自1951年以来最强气候事件”……最近,关于2026年形成超强厄尔尼诺的新闻很受关注。预计赤道中东太平洋海表温度将继续维持波动上升态势,于今年11月至12月前后达到本次事件峰值。
2026-08-19 09:51
宁夏平原,黄河水沿着叶脉般的渠道淌进田间。”  青铜峡灌区是全国6个特大型灌区之一,是世界灌溉工程遗产宁夏引黄古灌区的重要组成部分。”  完成全域一体的信息化建设,这是青铜峡灌区从“治水”走向“智水”的关键一步。
2026-08-19 09:46
直面现实困境,1989年青海省委作出“绿化南北两山,改善西宁生态环境”的战略决策,西宁市积极响应。18年间,他在山上劳动超3000天,带领群众栽种树木近3000万株,让3.75万亩荒山披绿,筑起守护西宁的生态屏障。
2026-08-19 09:45
主刊收到投稿400余篇,已出版60篇,其中包括多个我国科研团队的最新重要原创成果……在日前举行的Vita期刊首期发布暨生命科学开放联盟一周年交流会上,Vita(《生命》)系列期刊正式亮相。
2026-08-19 09:45
也正因如此,当科技触及意识,我们需要建立的伦理边界,可能比传统数据隐私更为严格。科技工作者的责任是将伦理融入研发全过程,他们是伦理风险的第一道防线。在研发科技产品时,科技工作者要充分考虑其伦理风险,在应用产品时,要严格遵守伦理规范与法律规定,尊重他人的意识隐私。
2026-08-19 09:43
5天赛程,51个项目,1301场比赛……日前,记者从北京市政府新闻办公室获悉,第二届世界人形机器人运动会将于8月22日在国家速滑馆“冰丝带”开幕。
2026-08-18 10:14
8月15日,承载着亿万公众对良好生态环境期盼的《中华人民共和国生态环境法典》开始施行,标志着我国生态环境保护迈入“法典化”时代。生态环境法典有哪些亮点和创新?如何做好法典的学习、宣传与实施工作?
2026-08-18 10:11
一系列政策“组合拳”为智能农机从研发到应用构筑了全链条支持体系,为现代农业注入强劲动力。
2026-08-18 10:10
今年上半年,我国新能源和可再生能源发展总体保持平稳态势,可再生能源发电装机达24.55亿千瓦,占全国电力总装机的60.7%,其中风电光伏发电装机(约19.5亿千瓦)占比接近一半,太阳能发电装机与燃煤发电装机基本持平。
2026-08-18 10:06
加载更多