“在一眨眼的时间内，超级闪存已经工作了10亿次，原来的U盘只能1000次。”近日，复旦大学周鹏/刘春森团队成功研制“破晓（PoX）”皮秒闪存器件，擦写速度达到亚1纳秒（400皮秒），是人类目前掌握的最快半导体电荷存储器件。

随着人工智能（AI）时代的到来，计算范式正从传统的逻辑运算逐渐转向数据驱动的计算模式，现有的分级存储架构难以满足计算芯片对极高算力和能效的需求，亟需存储技术的突破来实现变革。针对AI计算所需的算力与能效要求，信息存取速度直接决定了算力上限，而非易失性存储技术则成为实现超低功耗的关键。因此，破局在于解决集成电路领域最为关键的基础科学问题：信息的非易失存取速度极限。

目前速度最快的存储器均为易失性存储器，例如静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。这类存储器的速度极限约为3T（即晶体管开关时间的三倍，低于1纳秒），代表了当今信息存取速度的最高水平。然而，其断电后数据丢失的特性限制了其在低功耗场景下的应用。相比之下，以闪存（Flash）为代表的非易失性存储器虽然具备极低功耗优势，但由于其电场辅助编程速度远低于晶体管开关速度，难以满足AI计算对数据极高速存取的需求。

复旦大学周鹏/刘春森团队基于器件物理机制的创新，持续推进高速非易失性闪存技术的研发。通过巧妙结合二维狄拉克能带结构与弹道输运特性，调制二维沟道的高斯长度，从而实现沟道电荷向存储层的超注入。这一超注入机制与现有闪存电场辅助注入规律截然不同：传统注入规律存在注入极值点，而超注入则表现为无限注入。团队构建了准二维高斯模型，成功从理论上预测了超注入现象，并据此研制“破晓（PoX）”皮秒闪存器件，其性能超越同技术节点下世界最快的易失性存储SRAM技术。“破晓”存储器件的稳定性高度依赖工艺流程的一致性。通过AI算法对工艺测试条件实现科学优化，极大推动技术创新与落地。

闪存作为性价比最高、应用最广泛的存储器，一直是国际科技巨头技术布局的基石。团队研发的突破性高速非易失闪存技术，不仅有望改变全球存储技术格局，进而推动产业升级并催生全新应用场景，还为我国在相关领域实现技术引领提供强有力支撑。

北京时间4月16日，相关研究成果以《亚纳秒超注入闪存》为题发表于《自然》杂志。