上海，2025年4月16日 – 复旦大学今日宣布在集成电路领域取得一项突破性进展，其集成芯片与系统全国重点实验室、芯片与系统前沿技术研究院周鹏-刘春森团队成功研发出“破晓（PoX）”皮秒闪存器件，实现了亚1纳秒（400皮秒）的擦写速度，相当于每秒可执行25亿次操作。这一成果打破了现有存储速度的理论极限，是迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术，并于北京时间4月16日晚间在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上发表，题为《亚纳秒超注入闪存》（Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection）。
存储速度的“破晓”：亚纳秒时代的到来
长期以来，存储速度一直是制约计算机性能提升的关键瓶颈之一。传统的存储器架构将存储分为内存（RAM）和外存（如固态硬盘SSD），内存速度快但容量小且断电数据丢失，外存容量大但速度慢。这种分层存储结构导致数据在不同存储介质之间频繁搬运，造成延迟，影响整体性能。复旦大学此次发布的“破晓”皮秒闪存技术，有望彻底改变这一现状，开启亚纳秒存储的新时代。
“破晓”的命名，寓意着打破既有的存储速度分级架构，迎接一个全新的存储时代。该技术的核心在于其独特的超注入机制，它绕过了传统闪存提速的瓶颈，实现了电子注入速度的质的飞跃。
技术原理：超注入机制打破速度极限
要理解“破晓”技术的突破性，需要先了解传统闪存的工作原理。闪存的基本存储单元是浮栅晶体管，由源极、漏极和栅极组成。存储信息的过程，就是将电子注入到浮栅存储层中；擦除信息，则是将电子从浮栅中移除。传统闪存提速的思路是提高电子的能量，让它们更快地注入浮栅。这就像让电子在跑道上“热身加速”一段时间，等具备了高能量再按下栅极这个“开关”。
然而，在传统理论机制下，电子的“助跑”距离长、提速慢，半导体特殊的电场分布也决定了电子加速存在理论上限，令闪存存储速度无法突破注入极值点。这意味着，无论如何优化电子的加速过程，都无法从根本上突破速度的限制。
复旦大学团队另辟蹊径，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——通过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，从而实现沟道电荷向浮栅存储层的超注入。
简单来说，超注入机制就像给电子安装了一个“超高速电梯”，无需“助跑”就可以直接提至高速，而且可以无限注入，不再受注入极值点的限制。这彻底颠覆了传统的电子注入方式，实现了存储速度的飞跃。
为了验证这一理论，研究团队构建了准二维泊松模型，成功在理论上预测了超注入现象。基于此，他们研制出了“破晓”皮秒闪存器件，其擦写速度成功闯入亚1纳秒大关（400皮秒），相当于每秒可执行25亿次操作。这一性能超越了同技术节点下世界最快的易失性存储SRAM技术，证明了超注入机制的有效性和优越性。
技术优势：颠覆传统架构，实现存算一体
“破晓”皮秒闪存技术的优势不仅仅在于速度快，更在于其可能带来的存储架构的变革。
- 超高速度： 亚纳秒级的擦写速度，意味着数据可以以极快的速度写入和读取，极大地提高了存储效率。
- 突破速度极限： 超注入机制打破了传统闪存的速度瓶颈，为未来存储技术的发展提供了新的方向。
- 潜在的存算一体化： 存储速度与计算速度相当，为实现存算一体化提供了可能。这意味着数据可以在存储器内部直接进行计算，避免了数据在存储器和处理器之间频繁搬运，从而大大提高了计算效率。
- 简化存储架构： 在该技术基础上，未来的个人电脑将不存在内存和外存的概念，无需分层存储，简化了存储架构，降低了系统复杂性。
- 本地部署AI大模型： 更快的存储速度和更高的存储密度，使得在本地部署AI大模型成为可能。这意味着用户可以在本地运行AI应用，无需依赖云端服务器，提高了数据安全性和隐私性。
应用前景：未来电脑、AI、大数据
“破晓”皮秒闪存技术的应用前景十分广阔，有望在多个领域产生深远影响。
- 个人电脑： 如前所述，未来的个人电脑有望告别内外存分界，实现统一存储。这将大大提高电脑的运行速度和响应速度，提升用户体验。
- 人工智能： AI大模型需要大量的训练数据和高速的计算能力。 “破晓”技术可以提供高速的存储和计算能力，加速AI模型的训练和推理，推动人工智能的发展。
- 大数据： 大数据应用需要处理海量的数据。 “破晓”技术可以提高数据的存储和处理效率，加速大数据分析和挖掘，为各行各业提供更精准的决策支持。
- 高性能计算： 在科学研究、工程设计等领域，需要进行大规模的数值计算。 “破晓”技术可以提高计算效率，缩短计算时间，加速科学发现和技术创新。
- 嵌入式系统： 在智能手机、智能穿戴设备、物联网设备等嵌入式系统中，对存储速度和功耗都有很高的要求。 “破晓”技术可以提供高性能、低功耗的存储解决方案，提升嵌入式系统的性能和可靠性。
面临的挑战与展望
尽管“破晓”皮秒闪存技术具有巨大的潜力，但要实现大规模应用，仍然面临着一些挑战。
- 规模化集成： 如何将“破晓”技术进行规模化集成，生产出高良率、低成本的存储芯片，是需要解决的关键问题。
- 可靠性与耐久性： 闪存的可靠性和耐久性是重要的指标。需要对“破晓”技术的可靠性和耐久性进行深入研究和优化，确保其在实际应用中能够稳定可靠地工作。
- 生态系统建设： 新技术的推广需要生态系统的支持。需要与硬件厂商、软件厂商、系统集成商等合作，共同构建“破晓”技术的生态系统，推动其应用和发展。
尽管面临挑战，但“破晓”皮秒闪存技术的突破性意义不容忽视。它不仅打破了现有存储速度的理论极限，也为未来存储技术的发展指明了新的方向。随着技术的不断成熟和生态系统的完善，“破晓”有望彻底颠覆现有的存储器架构，推动计算机技术和人工智能的进步，为人类社会带来更美好的未来。
专家观点
对于复旦大学的这项突破性成果，多位业内专家给予了高度评价。
某知名半导体企业CTO表示： “复旦大学的‘破晓’技术是存储领域的一项重大突破。它不仅在速度上超越了现有技术，更重要的是，它为我们提供了一种全新的存储思路。我相信，随着技术的不断发展，‘破晓’将会在未来的存储市场中占据重要地位。”
某著名大学计算机系教授表示： “‘破晓’技术有望彻底改变计算机的存储架构。未来的计算机将不再需要区分内存和外存，所有数据都可以以极快的速度访问。这将极大地提高计算机的性能和效率，为人工智能、大数据等应用提供强大的支持。”
某投资机构合伙人表示： “我们非常看好‘破晓’技术的未来发展前景。它具有巨大的商业价值，有望在存储市场中掀起一场革命。我们将密切关注‘破晓’技术的进展，并积极寻找投资机会。”
结语
复旦大学“破晓”皮秒闪存技术的发布，是中国在集成电路领域取得的又一项重要成果。它不仅展示了中国科研人员的创新能力，也为中国在未来的科技竞争中赢得了先机。我们期待“破晓”技术能够早日实现大规模应用，为中国乃至全球的科技进步做出更大的贡献。
参考文献
- 《亚纳秒超注入闪存》（Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection）, Nature, 2025. DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-025-08839-w
- IT之家相关报道：https://www.ithome.com/0/846/160.htm
（完）
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