馮妍 科技日?qǐng)?bào)記者 王春
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(chǔ)器件。北京時(shí)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(chǔ)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(dòng)電子器件內(nèi)的電流變化，憑借復(fù)雜電信號(hào)組合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸與精準(zhǔn)處理。
個(gè)人電腦中的“內(nèi)存”和“硬盤”，是電荷存儲(chǔ)器的兩種典型代表。“內(nèi)存”——靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器“SRAM”和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)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(chǔ)器，在斷電后不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，具備低功耗優(yōu)勢(shì)。但是，由于其電場(chǎng)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(duì)大量數(shù)據(jù)極高速存取的場(chǎng)合，例如AI計(jì)算等場(chǎng)景。
因此，針對(duì)當(dāng)下AI計(jì)算所需的算力與能效要求，存儲(chǔ)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(chǔ)速度的研究?！白铍y的是打破思維定式?！敝荠i教授說，“一開始，總會(huì)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?！?/p>
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(chǔ)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(hào)的存儲(chǔ)，注入電壓在5伏左右時(shí)，注入速度最快，電壓高了或低了，速度都會(huì)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(duì)材料的物理機(jī)制進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)‘電壓越高，存儲(chǔ)越快’的‘無極限’‘超注入’存儲(chǔ)，將非易失存儲(chǔ)速度提升至理論極限?！睋?jù)此，研究團(tuán)隊(duì)重新定義了現(xiàn)有的存儲(chǔ)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(chǔ)SRAM技術(shù)。
“‘破曉’的名字源于‘皮秒’的‘皮’的諧音，我們希望這個(gè)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(jià)比最高、應(yīng)用最廣泛的存儲(chǔ)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?chǔ)技術(shù)格局，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，催生全新應(yīng)用場(chǎng)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)。
