2025年04月18日消息：近日，上海電?? 復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院宣布，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“破曉（PoX）”皮秒閃存器件以400皮秒（一萬(wàn)億分之一秒）的擦寫速度，創(chuàng)下半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)技術(shù)新紀(jì)錄，每秒可執(zhí)行25億次操作，比傳統(tǒng)閃存快一百萬(wàn)倍。相關(guān)成果于4月16日在線發(fā)表于《自然》期刊，為人工智能時(shí)代的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)瓶頸提供了突破性解決方案。

傳統(tǒng)閃存基于浮柵晶體管結(jié)構(gòu)，其電荷注入存在理論速度上限，如同“爬樓梯”般需逐步加速電子。而“破曉”通過(guò)??二維狄拉克能帶與彈道輸運(yùn)特性結(jié)合??，首次實(shí)現(xiàn)??無(wú)極限超注入機(jī)制??——電子無(wú)需“助跑”即可直接高速注入存儲(chǔ)層，突破傳統(tǒng)極值限制。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的準(zhǔn)二維泊松模型成功預(yù)測(cè)了這一現(xiàn)象，使擦寫速度躍升至亞納秒級(jí)（400皮秒），性能超越同節(jié)點(diǎn)下最快易失性存儲(chǔ)器SRAM。

當(dāng)前AI大模型依賴GPU芯片實(shí)現(xiàn)每秒33.5萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，但其配套閃存寫入速度僅微秒級(jí)，形成“存儲(chǔ)墻”瓶頸。“破曉”存儲(chǔ)器的超高速特性與GPU計(jì)算速度（每秒10-30億次）完美匹配，可大幅減少數(shù)據(jù)搬運(yùn)能耗，解決手機(jī)、電腦本地部署AI模型時(shí)的卡頓與發(fā)熱問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)證明，其數(shù)據(jù)掉電不丟失特性與非易失性存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，為邊緣計(jì)算與實(shí)時(shí)AI推理提供新可能。

目前，“破曉”已完成小規(guī)模全功能芯片流片驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)正與生產(chǎn)企業(yè)合作推進(jìn)Kb級(jí)陣列集成。周鵬教授透露，計(jì)劃3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)兆級(jí)（百萬(wàn)單元）原型器件，目標(biāo)應(yīng)用于下一代AI芯片與存算一體系統(tǒng)。該技術(shù)還可延伸至神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、量子存儲(chǔ)等領(lǐng)域，重塑全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局。

“破曉”研發(fā)歷時(shí)十年，團(tuán)隊(duì)自2015年起探索二維材料閃存技術(shù)，歷經(jīng)納米級(jí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與超快測(cè)試設(shè)備攻關(guān)。2024年實(shí)現(xiàn)1Kb陣列驗(yàn)證后，最終通過(guò)底層機(jī)制創(chuàng)新突破速度極限。論文通訊作者周鵬表示：“這項(xiàng)技術(shù)不僅刷新存儲(chǔ)速度，更標(biāo)志著我國(guó)在集成電路基礎(chǔ)理論領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。”