馮妍 科技日報記者 王春

復旦大學在集成電路領域獲關鍵突破！由該校周鵬/劉春森團隊研制的“破曉”皮秒閃存器件，擦寫速度快至400皮秒，相當于每秒可執行25億次操作，是人類目前掌握的最快半導體電荷存儲器件。北京時間4月16日，相關研究成果發表于國際期刊《自然》。

電荷存儲器是信息技術蓬勃發展的根基。電荷能以驚人速度與卓越可靠性驅動電子器件內的電流變化，憑借復雜電信號組合，實現數據的高效傳輸與精準處理。

個人電腦中的“內存”和“硬盤”，是電荷存儲器的兩種典型代表。“內存”——靜態隨機存儲器“SRAM”和動態隨機存儲器“DRAM”，存取速度極限低于1納秒，約相當于3次晶體管開關的速度，代表了當今信息存取速度的最高水平。然而，斷電后，其存儲的數據會丟失，這種“易失性”特性使其必須消耗一定電能才能發揮作用，限制了其在低功耗條件下的應用。

相比之下，“硬盤”——以閃存為代表的非易失性存儲器，在斷電后不會丟失數據，具備低功耗優勢。但是，由于其電場輔助編程速度遠低于晶體管開關速度，它難以滿足需要對大量數據極高速存取的場合，例如AI計算等場景。

因此，針對當下AI計算所需的算力與能效要求，存儲技術亟須突破，而破局點在于解決集成電路領域最為關鍵的基礎科學問題：超越信息的非易失存取速度極限，也就是斷電不丟失，存取還要快。

據了解，研究團隊從2015年開始，就集中精力突破電荷存儲速度的研究。“最難的是打破思維定式。”周鵬教授說，“一開始，總會覺得存取速度高，數據就必然斷電丟失，很難更換思考問題的角度。”

通過突破基礎理論的瓶頸，研究團隊發現一種電荷存儲的“超注入”機制。劉春森介紹，現有的硬盤閃存機制是將電荷注入材料的溝道中以實現信號的存儲，注入電壓在5伏左右時，注入速度最快，電壓高了或低了，速度都會變慢。“而我們的成果是從技術底層開始，提出自己的理論創新，并對材料的物理機制進行調整，實現‘電壓越高，存儲越快’的‘無極限’‘超注入’存儲，將非易失存儲速度提升至理論極限。”據此，研究團隊重新定義了現有的存儲技術邊界，并成功研制“破曉”皮秒閃存器件，其性能超越同技術節點下世界最快的易失性存儲SRAM技術。

“‘破曉’的名字源于‘皮秒’的‘皮’的諧音，我們希望這個技術能夠幫助中國半導體產業突破‘黎明前的黑暗’，可以‘一唱雄雞天下白’。”周鵬說。

據介紹，閃存作為性價比最高、應用最廣泛的存儲器，一直是國際科技巨頭技術布局的基石，上述成果不僅有望改變全球存儲技術格局，推動產業升級，催生全新應用場景，還將為我國在相關領域實現技術引領提供強有力支撐。劉春森透露，目前相關產品正在嘗試小規模量產。