手機、電腦存儲可能要革命了！復(fù)旦大學(xué)團隊4月16日在頂刊《自然》發(fā)表顛覆性研究——他們發(fā)明的"破曉"閃存技術(shù)將存儲速度提升至400皮秒，相當(dāng)于每秒執(zhí)行25億次操作，比傳統(tǒng)閃存還快25萬倍，直接把全球所有半導(dǎo)體存儲器的速度紀(jì)錄踩在了腳下！
更驚人的是，這一突破讓非易失性存儲首次超越了同等尺寸下的易失性存儲，未來 然而就在10年前，人們還普遍認(rèn)為閃存速度存在不可逾越的理論上限，誰能想到今天閃存就跑進了亞納秒大關(guān)？ 在我們的電腦中，存儲系統(tǒng)宛如一座金字塔。頂層是閃閃發(fā)光的SRAM和DRAM，它們速度飛快（納秒級），但價格昂貴，容量有限，最要命的是——斷電后數(shù)據(jù)全部消失。 底層則是價格便宜、容量大的閃存，斷電后數(shù)據(jù)可保存10年以上，但速度慢得像蝸牛，通常需要百微秒才能完成一次操作，簡直就是老牛拉破車。 這種尷尬局面導(dǎo)致現(xiàn)代計算機必須采用分層存儲架構(gòu)：用閃存（如SSD硬盤）存儲大量數(shù)據(jù)，運行程序時再將數(shù)據(jù)加載到RAM 為什么閃存天生就"慢"呢？這就要從它的工作原理說起了。 傳統(tǒng)閃存像個微型足球場，電子從源極出發(fā)，沿著溝道"跑"向漏極。為了存儲數(shù)據(jù)，我們需要按下柵極這個"開關(guān)"，將電子拽入浮柵存儲層。 過去提高閃存速度的思路是：讓電子先在跑道上助跑加速，等能量夠高再按下開關(guān)。問題在于，傳統(tǒng)硅材料中電子的"助跑"效率極低：一來助跑距離太長；二來電子容易被散射減速；三來存在注入極值點（再怎么加速也白搭）。這就好比教嬰兒走路，蹣跚學(xué)步慢得令人發(fā)指。 復(fù)旦大學(xué)周鵬-劉春森團隊別出心裁，他們構(gòu)建了準(zhǔn)二維泊松模型，從理論上預(yù)測了一種全新機制——二維增強熱載流子注入(2D-HCI)。 在這種機制下，石墨烯的二維狄拉克能帶結(jié)構(gòu)和長達微米級的平均自由程，賦予了電子"天生神力"。電子無需"助跑"就能直接高速起步，更不受注入極值點限制，宛如嬰兒一出生就能飛奔。通過調(diào)制二維溝道的高斯長度，團隊成功實現(xiàn)了溝道電荷向浮柵的超注入。 這個速度突破絕非一蹴而就。劉春森團隊潛心研究閃存技術(shù)整整十年，從2018年在《自然·納米技術(shù)》上發(fā)表首個成果開始，已經(jīng)三度登頂《自然》系列期刊了。 "如果僅靠換材料碰運氣，很難做出顛覆性成果。我們必須從底層物理機制創(chuàng)新。"劉春森說，他現(xiàn)在仍然經(jīng)常翻閱1967年浮柵晶體管發(fā)明者的原始論文，尋找創(chuàng)新靈感。 團隊不僅追求理論突破，還積極推動應(yīng)用轉(zhuǎn)化。目前他們已成功研制出集成"破曉"技術(shù)的Kb級芯片，計劃3-5年內(nèi)將其擴展至數(shù)十兆，并授權(quán)企業(yè)產(chǎn)業(yè)化。 這項突破將如何改變我們的生活呢？未來的電腦設(shè)備，將不再有內(nèi)存和硬盤之分，所有數(shù)據(jù)都存儲在統(tǒng)一的超高速非易失性存儲器中，開機秒開？程序秒啟？那都是基本操作！運行大型AI模型也根本無需等待，能耗大幅降低，甚至直接在手機里部署。 對于移動設(shè)備，意味著更長的電池續(xù)航；對于數(shù)據(jù)中心，則是能耗和成本的大幅下降；對于邊緣計算設(shè)備，將帶來前所未有的智能化可能。 一位業(yè)內(nèi)專家評價說：這是存儲技術(shù)領(lǐng)域真正的日出時刻。復(fù)旦團隊的“破曉”技術(shù)可能會重寫計算機體系結(jié)構(gòu)的教科書。 在芯片制造領(lǐng)域西方技術(shù)封鎖的背景下，中國科學(xué)家在芯片底層物理機制上的原創(chuàng)突破，無疑為中國在存儲技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車提供了關(guān)鍵支撐。 “破曉”已至，一個全新的存儲時代，或許正拉開序幕！ 參考文獻： Xiang, Y., Wang, C., Liu, C. et al. Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08839-w
存儲的金字塔困局
電子"蹣跚學(xué)步"vs"一步到位"
十年磨一劍，三度登頂《自然》系列
一場革命正在破曉
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