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每秒存取25亿次！我国成功研制亚纳秒级闪存技术

光电汇OESHOW

2025-04-19

近日，复旦大学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、刘春森团队通过构建准二维泊松模型，在理论上预测了超注入现象，打破了现有存储速度的理论极限，研制“破晓（PoX）”皮秒闪存器件，其擦写速度可提升至亚1纳秒（400 ps），相当于每秒可执行25亿次操作，是迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术。相关成果已在Nature期刊上发表。

电荷超注入皮秒闪存器件工作机制

作为闪存的基本存储单元，浮栅晶体管由源极、漏极和栅极所组成。当电子从源极顺着沟道“跑”向漏极的过程中，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。

“过去为闪存提速的思路，是让电子在跑道上先热身加速一段时间，等具备了高能量再按下开关。”刘春森解释。但在传统理论机制下，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。

从存储器件的底层理论机制出发，团队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。在超注入机制下，电子无需“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。

从左至右分别为周鹏、刘春森、王宠、向昱桐。复旦大学供图

2024年，该团队在国际上首次实现了最大规模1 Kb纳秒超快闪存阵列集成验证，并证明其超快特性可延伸至亚10纳秒。这一超小尺寸器件具备20 ns超快编程、10年非易失、10万次循环寿命和多态存储性能，单一器件循环寿命达800万次。

此次，通过构建准二维泊松模型，研究团队成功在理论上预测了超注入现象，据此研制的皮秒闪存器件的擦写速度闯入亚1纳秒大关（400 ps），相当于每秒可执行25亿次操作，性能超越同技术节点下世界最快的易失性存储SRAM技术。

这是迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术，实现了存储、计算速度相当，在完成规模化集成后有望彻底颠覆现有的存储器架构。复旦大学表示，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，还能实现 AI 大模型的本地部署。团队给技术取名为“破晓”，寓意打破既有存储速度分级架构，迎接一个全新的存储时代。

来源：IT之家、中国科学报