近日，从上海市科委传来振奋人心的消息，集成芯片与系统全国重点实验室的周鹏-刘春森团队，在半导体存储技术领域取得了革命性突破。他们通过构建准二维泊松模型，在理论上成功预测了超注入现象，并据此研制出名为“破晓（PoX）”的皮秒闪存器件，其擦写速度飙升至亚1纳秒，每秒可执行高达25亿次操作，一举刷新了半导体电荷存储技术的世界纪录。 在AI时代，大数据的高速存储成为制约技术发展的关键因素。如何突破信息存储速度的理论极限，一直是集成电路领域亟待解决的核心问题，也是提升AI算力上限的关键技术瓶颈。理想的存储器应如同“六边形战士”，在存储速度、能耗、容量等方面均表现出色。然而，现有的存储器速度分级架构却如同金字塔，易失性存储器（如SRAM、DRAM）虽拥有纳秒级的高速存储，但存储容量小、功耗大、制造成本高，且断电后数据会丢失；而非易失性存储器（如闪存）虽克服了这些劣势，但存取速度却远不及前者，难以满足AI的计算需求。 面对这一挑战，周鹏-刘春森团队决心重新定义存储的边界，寻找一种“完美”的存储器。他们深知，闪存的基本存储单元——浮栅晶体管，由源极、漏极和栅极组成，电子在源极与漏极之间“奔跑”时，按下栅极这一“开关”，电子便可被拽入浮栅存储层，实现信息存储。然而，传统理论机制下，电子的“助跑”距离长、提速慢，且存在理论上限，导致闪存存储速度无法突破注入极值点。 为了打破这一瓶颈，团队从存储器件的底层理论机制出发，提出了一条全新的提速思路。他们结合二维狄拉克能带结构与弹道输运特性，调制二维沟道的高斯长度，实现了沟道电荷向浮栅存储层的超注入。在超注入机制下，电子无需“助跑”即可直接提速至高速，且可以无限注入，不再受注入极值点的限制。 通过构建准二维泊松模型，团队成功在理论上预测了超注入现象，并据此研制出皮秒闪存器件。这一器件的擦写速度闯入亚1纳秒大关，性能超越同技术节点下世界最快的易失性存储SRAM技术，成为迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术。这一突破不仅实现了存储、计算速度相当，更在完成规模化集成后有望彻底颠覆现有的存储器架构。 这一技术的问世，对于智能时代的应用场景将产生指数级的革新。未来的个人电脑将不再区分内存和外存，无需分层存储，还能实现AI大模型的本地部署。作为智能时代的核心基座，存储技术的速度边界拓宽，将为我国在人工智能、云计算、通信工程等相关领域实现技术引领提供有力支撑。 据悉，该全国重点实验室依托复旦大学建设，周鹏和刘春森均是实验室的骨干成员。此研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金人才类项目、上海市基础研究相关项目以及教育部创新平台的支持。下一步，团队计划在3～5年内将其集成到几十兆的水平，届时可授权给企业进行产业化，推动这一革命性技术走向更广阔的应用领域。 |
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