手機、電腦存儲可能要革命了！復旦大學團隊4月16日在頂刊《自然》發表顛覆性研究——他們發明的"破曉"閃存技術將存儲速度提升至400皮秒，相當于每秒執行25億次操作，比傳統閃存還快25萬倍，直接把全球所有半導體存儲器的速度紀錄踩在了腳下！

更驚人的是，這一突破讓非易失性存儲首次超越了同等尺寸下的易失性存儲，未來電腦可能不再需要區分內存和硬盤，AI大模型也有望實現本地部署。這是中國科學家在芯片底層物理機制上的重大創新，有望為我國在存儲技術領域實現彎道超車提供"底氣"。

然而就在10年前，人們還普遍認為閃存速度存在不可逾越的理論上限，誰能想到今天閃存就跑進了亞納秒大關？

存儲的金字塔困局

在我們的電腦中，存儲系統宛如一座金字塔。頂層是閃閃發光的SRAM和DRAM，它們速度飛快（納秒級），但價格昂貴，容量有限，最要命的是——斷電后數據全部消失。

底層則是價格便宜、容量大的閃存，斷電后數據可保存10年以上，但速度慢得像蝸牛，通常需要百微秒才能完成一次操作，簡直就是老牛拉破車。

這種尷尬局面導致現代計算機必須采用分層存儲架構：用閃存（如SSD硬盤）存儲大量數據，運行程序時再將數據加載到RAM內存中。這就像廚師做菜，食材放在冰箱（閃存），做飯時要先拿到案板（內存）上。這個"搬運"過程極其耗電，對于大型AI模型更是致命瓶頸。

為什么閃存天生就"慢"呢？這就要從它的工作原理說起了。

電子"蹣跚學步"vs"一步到位"

傳統閃存像個微型足球場，電子從源極出發，沿著溝道"跑"向漏極。為了存儲數據，我們需要按下柵極這個"開關"，將電子拽入浮柵存儲層。

過去提高閃存速度的思路是：讓電子先在跑道上助跑加速，等能量夠高再按下開關。問題在于，傳統硅材料中電子的"助跑"效率極低：一來助跑距離太長；二來電子容易被散射減速；三來存在注入極值點（再怎么加速也白搭）。這就好比教嬰兒走路，蹣跚學步慢得令人發指。

復旦大學周鵬-劉春森團隊別出心裁，他們構建了準二維泊松模型，從理論上預測了一種全新機制——二維增強熱載流子注入(2D-HCI)。

在這種機制下，石墨烯的二維狄拉克能帶結構和長達微米級的平均自由程，賦予了電子"天生神力"。電子無需"助跑"就能直接高速起步，更不受注入極值點限制，宛如嬰兒一出生就能飛奔。通過調制二維溝道的高斯長度，團隊成功實現了溝道電荷向浮柵的超注入。

十年磨一劍，三度登頂《自然》系列

這個速度突破絕非一蹴而就。劉春森團隊潛心研究閃存技術整整十年，從2018年在《自然·納米技術》上發表首個成果開始，已經三度登頂《自然》系列期刊了。

"如果僅靠換材料碰運氣，很難做出顛覆性成果。我們必須從底層物理機制創新。"劉春森說，他現在仍然經常翻閱1967年浮柵晶體管發明者的原始論文，尋找創新靈感。

團隊不僅追求理論突破，還積極推動應用轉化。目前他們已成功研制出集成"破曉"技術的Kb級芯片，計劃3-5年內將其擴展至數十兆，并授權企業產業化。

一場革命正在破曉

這項突破將如何改變我們的生活呢？未來的電腦設備，將不再有內存和硬盤之分，所有數據都存儲在統一的超高速非易失性存儲器中，開機秒開？程序秒啟？那都是基本操作！運行大型AI模型也根本無需等待，能耗大幅降低，甚至直接在手機里部署。

對于移動設備，意味著更長的電池續航；對于數據中心，則是能耗和成本的大幅下降；對于邊緣計算設備，將帶來前所未有的智能化可能。

一位業內專家評價說：這是存儲技術領域真正的日出時刻。復旦團隊的“破曉”技術可能會重寫計算機體系結構的教科書。

在芯片制造領域西方技術封鎖的背景下，中國科學家在芯片底層物理機制上的原創突破，無疑為中國在存儲技術領域實現彎道超車提供了關鍵支撐。

“破曉”已至，一個全新的存儲時代，或許正拉開序幕！

參考文獻：

Xiang, Y., Wang, C., Liu, C. et al. Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08839-w