2025年04月18日消息:近日,上海电 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宣布,该团队研发的“破晓(PoX)”皮秒闪存器件以400皮秒(一万亿分之一秒)的擦写速度,创下半导体电荷存储技术新纪录,每秒可执行25亿次操作,比传统闪存快一百万倍。相关成果于4月16日在线发表于《自然》期刊,为人工智能时代的数据存储瓶颈提供了突破性解决方案。
传统闪存基于浮栅晶体管结构,其电荷注入存在理论速度上限,如同“爬楼梯”般需逐步加速电子。而“破晓”通过二维狄拉克能带与弹道输运特性结合,首次实现无极限超注入机制——电子无需“助跑”即可直接高速注入存储层,突破传统极值限制。团队构建的准二维泊松模型成功预测了这一现象,使擦写速度跃升至亚纳秒级(400皮秒),性能超越同节点下最快易失性存储器SRAM。
当前AI大模型依赖GPU芯片实现每秒33.5万亿次浮点运算,但其配套闪存写入速度仅微秒级,形成“存储墙”瓶颈。“破晓”存储器的超高速特性与GPU计算速度(每秒10-30亿次)完美匹配,可大幅减少数据搬运能耗,解决手机、电脑本地部署AI模型时的卡顿与发热问题。实验证明,其数据掉电不丢失特性与非易失性存储优势,为边缘计算与实时AI推理提供新可能。
目前,“破晓”已完成小规模全功能芯片流片验证,团队正与生产企业合作推进Kb级阵列集成。周鹏教授透露,计划3年内实现兆级(百万单元)原型器件,目标应用于下一代AI芯片与存算一体系统。该技术还可延伸至神经形态计算、量子存储等领域,重塑全球半导体产业格局。
“破晓”研发历时十年,团队自2015年起探索二维材料闪存技术,历经纳米级结构优化与超快测试设备攻关。2024年实现1Kb阵列验证后,最终通过底层机制创新突破速度极限。论文通讯作者周鹏表示:“这项技术不仅刷新存储速度,更标志着我国在集成电路基础理论领域实现从跟跑到领跑的跨越。”
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