2025-08-02 09:30:19
【导语】你是否曾遭遇电脑系统崩溃导致文档未保存，或开机、游戏加载缓慢等令人抓狂的体验？这些烦恼很大程度上源于当前闪存技术的速度限制。然而，中国科学家在闪存技术上取得了重大突破。复旦大学研究团队发明了世界上最快的闪存芯片，每秒存取速度高达25亿次，比现有最快闪存快了上千倍。这项技术不仅有望解决电子设备卡顿问题，还可能颠覆存储架构，提升AI学习效率。尽管还需时间从研发走向量产，但这无疑标志着中国在存储芯片领域的重大进步，未来或将彻底改变我们的数字生活体验。
撰文丨孙仲 北京大学研究员
回想一下，你是不是遇到过这样的情况？正在电脑上奋笔疾书，突然系统崩溃，而你的文档还没来得及保存——或者开机时系统迟迟加载，游戏加载地图时卡在进度条……这些令人抓狂的体验，很大程度上源于当前闪存技术的速度限制。你的电脑或手机里的硬盘（存储卡）主要就是闪存，它能长期保存数据，但存取数据的速(sù)度(dù)却(què)很(hěn)慢(màn)。不(bù)过(guò)，最(zuì)近(jìn)中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)家(jiā)在(zài)这(zhè)方(fāng)面(miàn)取(qǔ)得(de)了(le)突(tū)破(pò)，来(lái)自(zì)复(fù)旦(dàn)大(dà)学(xué)的(de)研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)发(fā)明(míng)了(le)世(shì)界(jiè)上(shàng)最(zuì)快(kuài)的(de)闪(shǎn)存(cún)芯(xīn)片(piàn)，每(měi)秒(miǎo)能(néng)存(cún)取(qǔ)25亿(yì)次(cì)，比(bǐ)现(xiàn)在最快的闪存快了上千倍！
现在的闪存技术已经沿用了几十年，像固态硬盘、U盘都是使用的这项技术。它是一种电荷型存储器，通过电信号控制电荷的进出，实现数据0和1的存储。这里顺便提一下，电脑和手机里的另一种存储器——内存（也就是DRAM），也是一种电荷存储器。两者的工作模式很不一样，内存主要用于数据交换，速度很快，但是不能长时间保存数据，一断电数(shù)据(jù)就(jiù)会(huì)丢(diū)失(shī)；闪(shǎn)存(cún)则(zé)主要(yào)用于数据的长期保存，断电也不会丢失，但是，它在速度上存在先天不足，这是由它的工作原理所限制的。
传统闪存主要通过两种方式存储数据：一种是给存储单元施加高电压，通过一种叫FN量子隧穿的方式，强行让电子穿过绝缘层，进入存储层(céng)；另(lìng)一(yī)种(zhǒng)是(shì)给(gěi)电(diàn)子(zi)加(jiā)速(sù)，让(ràng)它(tā)获(huò)得(de)足(zú)够(gòu)的(de)能(néng)量(liàng)，“跳(tiào)”进(jìn)存(cún)储(chǔ)层(céng)，叫(jiào)作(zuò)热(rè)载(zài)流(liú)子(zi)注(zhù)入(rù)。这(zhè)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)要(yào)么(me)需(xū)要(yào)很(hěn)高(gāo)的(de)电(diàn)压(yā)，要(yào)么(me)就(jiù)是(shì)速(sù)度(dù)太(tài)慢(màn)。更(gèng)麻(má)烦(fán)的(de)是(shì)，反(fǎn)复(fù)高(gāo)压(yā)操(cāo)作(zuò)还(hái)会(huì)损(sǔn)伤(shāng)芯(xīn)片(piàn)，这(zhè)就是为什么U盘、手机用久了会变慢甚至报废。
这次复旦大学团队的黑科技，简单说就是改变了电荷的搬运方式，引入了一个新的存储方式，叫做“二维热载流子注入”。什么意思呢？传统闪存是利用硅材料作为电子通道，电子在里面移动缓慢、能量低、容易碰撞，就像一辆面包车挤在拥堵的城市道路上，速度慢还容易“剐蹭”；利用二维材料做通道，情况就完全不同了，电场给电子的加速更快，同时散射少，就像一辆法拉利跑在畅通无阻的高速公路上。这种情况电子能很快获得高能量，然后跳进存储层，实现数据的快速写入。测试结果显示，这项技术实现了400皮秒（ps）的写入速度，比现有最快的闪存都要快上千倍，甚至超过了内存的速度。
这项技术突破的关键在于三个方面的创新：首先是材料制备，他们开发出能够获得原子级平整二维材料的特殊工艺；其次是结构设计，通过在石墨烯上下堆叠超薄绝缘层，既防止了电荷泄漏又能精确控制电场；最后是制造工艺，通过纳米级精度的加工技术，制作出精密的电极结构，确保电子能够精准投送。
这项技术的意义不仅是让手机变快那么简单，它有可能颠覆电子设备的存储架构。刚才提到，现在的电子设备要靠两种存储器配合工作：速度快但断电就丢失数据的内存，和速度慢但能长期保存的闪存。中国这款新型闪存能够把两(liǎng)者(zhě)的(de)优(yōu)点(diǎn)合(hé)二(èr)为(wèi)一(yī)，未(wèi)来(lái)可(kě)能(néng)会(huì)彻(chè)底(dǐ)改(gǎi)变(biàn)电(diàn)子(zi)设(shè)备(bèi)的(de)架(jià)构(gòu)设(shè)计(jì)，只(zhǐ)需(xū)要(yào)一(yī)种(zhǒng)存(cún)储(chǔ)器(qì)就(jiù)能(néng)让(ràng)电子设备高效工作。现在大家都关注AI的应用，这项技术也可能派上大用场。如今AI模型的训练过程中，极大一部分时间消耗在“等数据”上，如果数据读写提速，AI学习速度可能提升十倍，自动驾驶、语音助手的反应时间都会大幅缩短。
尽管从实验室研发到大规模量产可能还需要一段时间，但这项成果无疑标志着中国在存储芯片领域的重大突破。研究团队表示，这项技术已(yǐ)经具备初步产业化条件，有望在不久的将来投入实际应用。说不定用不了几年，我们就能在电子设备上见到它，那个时候，那些“卡顿”“加载慢”“突然死机”的烦恼，很可能将成为历史。
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