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【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(gǔn)孙(sūn)仲(zhòng) 北(běi)京(jīng)大(dà)学(xué)研(yán)究(jiū)员(yuán)

回(huí)想(xiǎng)一(yī)下(xià)，你(nǐ)是(shì)不(bù)是(shì)遇(yù)到(dào)过(guò)这(zhè)样(yàng)的(de)情(qíng)况(kuàng)？正(zhèng)在(zài)电(diàn)脑(nǎo)上(shàng)奋(fèn)笔(bǐ)疾(jí)书(shū)，突(tū)然(rán)系(xì)统(tǒng)崩(bēng)溃(kuì)，而(ér)你(nǐ)的(de)文档(dàng)还(hái)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，但存取数据的速度却很慢。不过，最近中国科学家在这方面取得了突破，来自复旦大学的研究团队发明了世界上最快的闪存芯片，每秒能存取25亿次，比现在最快的闪存快了上千倍！

现在的闪存技术已(yǐ)经(jīng)沿(yán)用(yòng)了(le)几(jǐ)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，一断电数据就会丢失；闪存则主要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(fāng)式(shì)，强(qiáng)行(xíng)让(ràng)电(diàn)子(zi)穿(chuān)过(guò)绝(jué)缘(yuán)层(céng)，进(jìn)入(rù)存(cún)储层；另一种是给电子加速，让它获得足够的能量，“跳”进存储层，叫作热载流子注入。这两种方法要么需要很高的电压，要么就是速度太慢。更麻烦的是，反复高压操作还会损伤芯片，这就是为什么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(yuán)层(céng)，既(jì)防(fáng)止(zhǐ)了(le)电(diàn)荷(hé)泄(xiè)漏(lòu)又(yòu)能(néng)精(jīng)确(què)控(kòng)制(zhì)电(diàn)场(chǎng)；最(zuì)后(hòu)是(shì)制(zhì)造(zào)工(gōng)艺(yì)，通(tōng)过(guò)纳(nà)米(mǐ)级(jí)精(jīng)度(dù)的(de)加(jiā)工(gōng)技(jì)术(shù)，制(zhì)作(zuò)出(chū)精(jīng)密(mì)的(de)电(diàn)极(jí)结(jié)构(gòu)，确(què)保(bǎo)电(diàn)子(zi)能(néng)够(gòu)精(jīng)准(zhǔn)投(tóu)送(sòng)。

这(zhè)项(xiàng)技(jì)术(shù)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者的优点合二为一，未来可能会彻底改变电子设备的架构设计，只需要一种存储器就能让电子设备高效工作。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(zhì)着(zhe)中(zhōng)国(guó)在(zài)存储芯片领域的重大突破。研究团队表示，这项技术已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(néng)在(zài)电(diàn)子(zi)设(shè)备(bèi)上(shàng)见(jiàn)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。