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

  • 东北地区里程最长跨海大桥建设取得关键进展

  • 关注——为求职者提供多元选择

独家策划

推荐阅读
当前,人工智能与实体经济持续深度融合,产业变革多线并进。从算力芯片、工业智能装备到低空通航体系,技术创新持续打通落地堵点,全方位推动制造、服务等领域转型升级。
2026-08-26 09:32
这种由胶子彼此束缚形成的特殊粒子,就是胶球。
2026-08-26 05:50
“棉芯1.0”以“网页端+小程序端”双端设计,分别瞄准科研创新与田间生产两大核心场景。
2026-08-26 05:50
工业和信息化部绿色低碳标准化技术委员会日前成立
2026-08-26 05:15
做学问这件事,说到底就是认准一个目标一直追下去
2026-08-26 05:15
促进人工智能与农业发展相结合,是提升农业科技创新效能的重要着力点。
2026-08-26 05:15
中央气象台首席预报员陈双预计,出伏后,四川盆地、江汉等地将有高温天气出现,上述地区仍需关注“秋老虎”天气。
2026-08-25 09:49
近期,在部分高原、草原景区,投喂、抚摸野生旱獭(土拨鼠)或与其近距离合影打卡,成为不少游客跟风的行为。除了野生旱獭,黄鼠、沙鼠等啮齿动物也是鼠疫的自然宿主,野兔、狐狸、野猫等野生动物也可成为鼠疫的偶然宿主,均存在传播风险。
2026-08-25 09:47
翻看评论区,呼声最高的几条是“旺仔牛奶太甜了”“能不能出低糖版”——不是不爱,是当年的小孩长大了,而有些配方还没跟着长大。
2026-08-25 09:46
以人工智能为代表的新一轮科技革命和产业变革正在改变经济社会的传统发展模式。同时,世界百年未有之大变局加速演进,全球创新版图和竞争格局正在经历深刻调整。
2026-08-25 02:10
《教育强国建设规划纲要 (2024—2035年)》提出,以教育数字化开辟发展新赛道、塑造发展新优势。思政课是落实立德树人根本任务的关键课程,
2026-08-25 02:10
北斗在大众消费领域应用取得明显进展
2026-08-25 04:45
8月22日,第二届世界人形机器人运动会在国家速滑馆开幕,16个国家的666支赛队、2056台机器人参与竞逐。与此同时,2026世界机器人大会正在北京亦庄举办,汇聚全球前沿技术与产业成果,全面展现机器人走向千行百业的发展新趋势。
2026-08-24 10:17
六氟化硫是高压电力设备不可或缺的绝缘、灭弧介质,可它偏偏是一种强温室气体。更棘手的是,现阶段又很难找到一种合适的气体完全替代它。如何尽可能不让它进入大气?这是我们一直想解决的难题。
2026-08-24 10:16
所谓数字孪生,就是把一个物理实体在虚拟世界1∶1复刻——可以是一条产线、一个车间,甚至一座工厂。在胡少雄看来,数字孪生的高阶形态,是会“自感知、自决策、自执行”的智能体,这离不开传感器、人工智能算法、通信技术协同进化。
2026-08-24 10:12
中国科学院院士、华中农业大学教授、湖北洪山实验室主任张启发提出“双水双绿”理念,用一块田既种“绿色水稻”,又养“绿色水产”,发展水稻、水产“双水”产业,做优绿色稻米、绿色小龙虾等“双绿”产品。
2026-08-24 09:56
当厘清科研人员转化风险责任边界,构建专业化技术转移制度,明确技术转移机构设立条件及主要职责,通过完善相关制度,着力解决“不愿转”“不敢转”和“不会转”的问题,充分保护科研人员投身成果转化的积极性与主动性。
2026-08-24 09:48
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
加载更多