復(fù)旦大學(xué)在集成電路領(lǐng)域獲關(guān)鍵突破！由該校周鵬/劉春森團(tuán)隊(duì)研制的“破曉”皮秒閃存器件，擦寫速度快至400皮秒，相當(dāng)于每秒可執(zhí)行25億次操作，是人類目前掌握的最快半導(dǎo)體電荷存儲器件。北京時間4月16日，相關(guān)研究成果發(fā)表于國際期刊《自然》。

電荷存儲器是信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的根基。電荷能以驚人速度與卓越可靠性驅(qū)動電子器件內(nèi)的電流變化，憑借復(fù)雜電信號組合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸與精準(zhǔn)處理。

個人電腦中的“內(nèi)存”和“硬盤”，是電荷存儲器的兩種典型代表?！皟?nèi)存”——靜態(tài)隨機(jī)存儲器“SRAM”和動態(tài)隨機(jī)存儲器“DRAM”，存取速度極限低于1納秒，約相當(dāng)于3次晶體管開關(guān)的速度，代表了當(dāng)今信息存取速度的最高水平。然而，斷電后，其存儲的數(shù)據(jù)會丟失，這種“易失性”特性使其必須消耗一定電能才能發(fā)揮作用，限制了其在低功耗條件下的應(yīng)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(shù)據(jù)，具備低功耗優(yōu)勢。但是，由于其電場輔助編程速度遠(yuǎn)低于晶體管開關(guān)速度，它難以滿足需要對大量數(shù)據(jù)極高速存取的場合，例如AI計算等場景。   因此，針對當(dāng)下AI計算所需的算力與能效要求，存儲技術(shù)亟須突破，而破局點(diǎn)在于解決集成電路領(lǐng)域最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)科學(xué)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(jù)了解，研究團(tuán)隊(duì)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?！敝荠i教授說，“一開始，總會覺得存取速度高，數(shù)據(jù)就必然斷電丟失，很難更換思考問題的角度?！?  通過突破基礎(chǔ)理論的瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種電荷存儲的“超注入”機(jī)制。劉春森介紹，現(xiàn)有的硬盤閃存機(jī)制是將電荷注入材料的溝道中以實(shí)現(xiàn)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?！岸覀兊某晒菑募夹g(shù)底層開始，提出自己的理論創(chuàng)新，并對材料的物理機(jī)制進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)‘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(jù)此，研究團(tuán)隊(duì)重新定義了現(xiàn)有的存儲技術(shù)邊界，并成功研制“破曉”皮秒閃存器件，其性能超越同技術(shù)節(jié)點(diǎn)下世界最快的易失性存儲SRAM技術(shù)。   “‘破曉’的名字源于‘皮秒’的‘皮’的諧音，我們希望這個技術(shù)能夠幫助中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)突破‘黎明前的黑暗’，可以‘一唱雄雞天下白’?！敝荠i說。   

據(jù)介紹，閃存作為性價比最高、應(yīng)用最廣泛的存儲器，一直是國際科技巨頭技術(shù)布局的基石，上述成果不僅有望改變?nèi)虼鎯夹g(shù)格局，推動產(chǎn)業(yè)升級，催生全新應(yīng)用場景，還將為我國在相關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)引領(lǐng)提供強(qiáng)有力支撐。劉春森透露，目前相關(guān)產(chǎn)品正在嘗試小規(guī)模量產(chǎn)。（馮妍 王春）

責(zé)任編輯：沈馨蕊

來源：科技日報