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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(tiáo)……这(zhè)些(xiē)令(lìng)人(rén)抓(zhuā)狂(kuáng)的(de)体(tǐ)验(yàn)，很(hěn)大(dà)程(chéng)度(dù)上(shàng)源(yuán)于(yú)当(dāng)前(qián)闪(shǎn)存(cún)技(jì)术(shù)的(de)速(sù)度(dù)限(xiàn)制(zhì)。你(nǐ)的(de)电(diàn)脑(nǎo)或(huò)手(shǒu)机(jī)里(lǐ)的(de)硬(yìng)盘(pán)（存(cún)储(chǔ)卡(kǎ)）主要(yào)就(jiù)是(shì)闪(shǎn)存(cún)，它(tā)能(néng)长(zhǎng)期(qī)保(bǎo)存(cún)数(shù)据(jù)，但(dàn)存(cún)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(tǒng)闪(shǎn)存(cún)主要(yào)通(tōng)过(guò)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)式(shì)存(cún)储(chǔ)数(shù)据(jù)：一(yī)种(zhǒng)是(shì)给(gěi)存(cún)储(chǔ)单(dān)元(yuán)施(shī)加(jiā)高(gāo)电(diàn)压(yā)，通(tōng)过(guò)一(yī)种(zhǒng)叫(jiào)FN量子隧穿的方式，强行让电子穿过绝缘层，进入存储层；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(jǐ)在(zài)拥(yōng)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(shù)据(jù)读(dú)写(xiě)提(tí)速(sù)，AI学(xué)习(xí)速(sù)度(dù)可(kě)能(néng)提(tí)升(shēng)十(shí)倍(bèi)，自(zì)动(dòng)驾(jià)驶(shǐ)、语(yǔ)音(yīn)助(zhù)手(shǒu)的(de)反(fǎn)应(yīng)时(shí)间(jiān)都(dōu)会(huì)大(dà)幅(fú)缩(suō)短(duǎn)。

尽(jǐn)管(guǎn)从(cóng)实(shí)验(yàn)室(shì)研(yán)发(fā)到(dào)大(dà)规(guī)模(mó)量(liàng)产(chǎn)可(kě)能(néng)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。