編輯丨王多魚
排版丨水成文
人工智能（AI）時代，大數據的高速存儲至關重要。如何突破信息存儲速度極限，一直是集成電路領域最核心的基礎性問題之一，也是制約AI算力上限的關鍵技術瓶頸。要實現大數據的高速存儲，意味著與之匹配的存儲器必須是在存儲速度、能耗、容量上均表現優(yōu)異的“六邊形戰(zhàn)士”。
然而，既有存儲器的速度分級架構形如一座金字塔——位于塔上層的易失性存儲器（如SRAM、DRAM）擁有納秒級的高速存儲，但其存儲容量小、功耗大、制造成本高、斷電后數據會丟失；而位于塔底的非易失性存儲器（例如閃存）則恰恰相反，雖克服了前者的種種劣勢，但唯一的美中不足，便是百微秒級的存取速度不及前者十萬分之一，遑論滿足 AI 的計算需求。
2025 年 4 月 16 日，復旦大學周鵬劉春森團隊在國際頂尖學術期刊Nature上發(fā)表了題為：Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection 的研究論文。
研究團隊通過構建準二維泊松模型，在理論上預測了超注入現象，打破了現有存儲速度的理論極限，進而研制了“破曉（PoX）”皮秒閃存器件，其擦寫速度可提升至亞納秒級（400皮秒），相當于每秒可執(zhí)行 25 億次操作，是迄今為止世界上最快的半導體電荷存儲技術。
突破非易失性閃存與高速易失性靜態(tài)隨機存儲器性能限制、實現編程速度低于一納秒的非易失性存儲器，始終是存儲技術領域長期存在的重大挑戰(zhàn)。
通過先進材料帶來的基礎物理創(chuàng)新，一系列新興存儲器正在被開發(fā)以突破非易失性存儲器的速度瓶頸。作為應用最廣泛的非易失性存儲器，閃存的速度受限于電場輔助編程的低效率，其報道速度遠低于亞納秒級。
在這項最新研究中，研究團隊嘗試補齊閃存的速度短板，開發(fā)了一種基于二維增強型熱載流子注入機制的二維狄拉克石墨烯通道閃存，同時支持電子與空穴注入。這種狄拉克通道閃存展現出亞納秒級（400 皮秒）的編程速度、非易失性存儲特性以及超過 550 萬次循環(huán)的穩(wěn)健耐久性。這是迄今為止世界上最快的半導體電荷存儲技術，研究團隊將其命名為“破曉（PoX）”。
進一步研究證實，超薄體通道能優(yōu)化水平電場（Ey）分布，改進后的 Ey 輔助編程效率使注入電流在 |VDS| =3.7 V 時達到 60.4 pA·μm?1。該研究還發(fā)現，二維半導體二硒化鎢具有二維增強型熱空穴注入特性，但展現出不同的注入行為。
總的來說，這項研究證明，在相同溝道長度下，非易失性閃存的編程速度可以超越最快的易失性靜態(tài)隨機存儲器，在完成規(guī)模化集成后有望徹底顛覆現有的存儲器架構。在該技術基礎上，未來的個人電腦或將不存在內存和外存的概念，無需分層存儲，還能實現 AI 大模型的本地部署。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08839-w
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