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【导(dǎo)语(yǔ)】你(nǐ)是(shì)否(fǒu)曾(céng)遭(zāo)遇(yù)电(diàn)脑(nǎo)系(xì)统(tǒng)崩(bēng)溃(kuì)导(dǎo)致(zhì)文档(dàng)未(wèi)保(bǎo)存(cún)，或(huò)开(kāi)机(jī)、游(yóu)戏(xì)加(jiā)载(zài)缓(huǎn)慢(màn)等(děng)令(lìng)人(rén)抓(zhuā)狂(kuáng)的(de)体(tǐ)验(yàn)？这(zhè)些(xiē)烦(fán)恼(nǎo)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)。然(rán)而(ér)，中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)家(jiā)在(zài)闪(shǎn)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，但存取数据的速度却很慢。不过，最近(jìn)中(zhōng)国(guó)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。

传统闪存主要通过两种方式存储数据：一种(zhǒng)是(shì)给(gěi)存(cún)储单元施加高电压(yā)，通(tōng)过(guò)一(yī)种(zhǒng)叫(jiào)FN量(liàng)子(zi)隧(suì)穿(chuān)的(de)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(chǔ)层(céng)；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(de)存(cún)储(chǔ)方(fāng)式(shì)，叫(jiào)做(zuò)“二(èr)维(wéi)热(rè)载(zài)流(liú)子(zi)注(zhù)入(rù)”。什(shén)么(me)意(yì)思(sī)呢(ne)？传(chuán)统(tǒng)闪(shǎn)存(cún)是(shì)利(lì)用(yòng)硅(guī)材(cái)料(liào)作(zuò)为(wèi)电(diàn)子(zi)通(tōng)道(dào)，电(diàn)子(zi)在(zài)里(lǐ)面(miàn)移(yí)动(dòng)缓(huǎn)慢(màn)、能(néng)量(liàng)低(dī)、容(róng)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(yì)不(bù)仅(jǐn)是(shì)让(ràng)手(shǒu)机(jī)变(biàn)快(kuài)那(nà)么(me)简(jiǎn)单(dān)，它(tā)有(yǒu)可(kě)能(néng)颠(diān)覆(fù)电(diàn)子(zi)设(shè)备(bèi)的(de)存(cún)储(chǔ)架(jià)构(gòu)。刚(gāng)才(cái)提(tí)到(dào)，现(xiàn)在(zài)的(de)电(diàn)子(zi)设(shè)备(bèi)要(yào)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。