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【导语】2025年8月6日，未来科学大奖隆重揭晓，季强、徐星、周忠和荣获“生命科学奖”，方忠、戴希、丁洪摘得“物质科学奖”，而卢志远则独揽“数学与计算机科学奖”。在下午的群访环节中，卢志远博士深入浅出地科普了闪存技术的原理、应用场景及其面临的技术挑战。他详细解释了闪存与传统硬盘、内存的区别，探讨了决定闪存次数和容量密度的关键因素，并分享了闪存自我修复的创新机制。此外，卢博士(shì)还(hái)就(jiù)冷(lěng)数(shù)据(jù)存(cún)储(chǔ)、闪(shǎn)存(cún)的(de)可(kě)靠(kào)性(xìng)与(yǔ)稳(wěn)定(dìng)性(xìng)，以(yǐ)及(jí)应(yīng)对(duì)太(tài)空(kōng)辐(fú)射(shè)等(děng)前(qián)沿(yán)问(wèn)题(tí)发(fā)表(biǎo)了(le)独(dú)到(dào)见(jiàn)解(jiě)。本(běn)文根(gēn)据(jù)卢(lú)志(zhì)远(yuǎn)博(bó)士(shì)的(de)采访(fǎng)实(shí)录整(zhěng)理(lǐ)而(ér)成(chéng)，旨(zhǐ)在(zài)为(wèi)读(dú)者(zhě)呈(chéng)现(xiàn)闪(shǎn)存(cún)技(jì)术(shù)的(de)最(zuì)新(xīn)进(jìn)展(zhǎn)与(yǔ)未(wèi)来(lái)趋(qū)势(shì)。

8月(yuè)6日(rì)上(shàng)午(wǔ)，2025未(wèi)来(lái)科(kē)学(xué)大(dà)奖(jiǎng)获奖名单揭晓。

季强、徐星、周忠和获得“生命科学奖”；方忠、戴希、丁洪获得“物质科学奖”； 卢志远获得“数学与计算机科学奖”。

在(zài)下(xià)午(wǔ)的(de)群(qún)访(fǎng)中(zhōng)，卢(lú)志(zhì)远(yuǎn)博(bó)士(shì)向(xiàng)记(jì)者(zhě)科(kē)普(pǔ)了(le)闪(shǎn)存(cún)相(xiāng)关原(yuán)理(lǐ)、最(zuì)新(xīn)应(yīng)用(yòng)场(chǎng)景(jǐng)，以(yǐ)及(jí)更(gèng)多(duō)需(xū)求(qiú)带(dài)来(lái)的(de)技(jì)术(shù)挑(tiāo)战(zhàn)。以(yǐ)下(xià)是(shì)采访(fǎng)实(shí)录(lù)：

Q：

咱(zán)们(men)说的闪存和传统的硬盘、内存在原理上有什么区别？

A：
那么我们闪存跟传统硬盘（硬碟）还有内存确实有很大的区别。那么我先讲传统硬盘是用磁的原理，磁性（Magnetic）的原理，它经磁的里面的材料的导向为上或者下，就决定0跟1，所以它是用磁的原理。

那么内存它是用什么？它内存我们在英文讲叫做 DRAM（DynamicRandom Access Memory，动态随机存取存储器），它是用一个全系统（FullSystem），就是一个晶体管（Transistor）加上一个电容器（Capacitor），那么形成的这样的一个结(jié)构(gòu)。那(nà)么(me)它(tā)有(yǒu)电(diàn)的(de)时(shí)候(hou)它(tā)可(kě)以(yǐ)存(cún)可(kě)以(yǐ)写(xiě)，可(kě)以(yǐ)做(zuò)这(zhè)些(xiē)动(dòng)作(zuò)，可(kě)是(shì)如(rú)果(guǒ)电(diàn)源(yuán)一(yī)拿(ná)掉(diào)以(yǐ)后(hòu)，它(tā)就所有的data（数据）都不见了。那么我们闪存所以叫做闪（Flash），为什么叫做闪存？

它在写进去是一个写进去的，我们把一个电子摆到一个盒子里面一样的东西摆进去，它就叫做0，没有摆进去就叫做1。有电子跟没有电子就当做0、1的划分。但这样子动作很慢，写进去要拿出来，就好像我们写字你写一个字，你要把它擦掉，用个橡皮擦把它擦掉，擦一个字写一个字，擦一个字很慢，因为你要重写的时候你就要擦掉它。

那么所谓闪存是它去把它擦掉的时候(hou)，不(bù)是(shì)一(yī)个(gè)把(bǎ)它(tā)擦(cā)掉(diào)的(de)，它(tā)是(shì)可(kě)能(néng)一(yī)块(kuài)区(qū)间(jiān)可(kě)能(néng)有(yǒu)1000个(gè)，他(tā)一(yī)次(cì)就(jiù)把(bǎ)它(tā)擦(cā)掉(diào)了(le)，那(nà)么(me)所(suǒ)以(yǐ)它(tā)叫(jiào)做(zuò)“闪(shǎn)”，好(hǎo)像(xiàng)闪(shǎn)电(diàn)一(yī)样(yàng)子(zi)这(zhè)么(me)快(kuài)能(néng)够(gòu)把(bǎ)它(tā)擦(cā)掉(diào)擦(cā)干(gàn)净(jìng)，让(ràng)我(wǒ)存进去就可以又重新写了，这个就叫做闪存，这个名字是这样来的，ok。

所以这三者（硬盘、内存、闪存）所用的物理的原理是完全不同的：一个用磁的材料，一个是用一个结构，这个叫做一个晶体管加上一个储存器加上一个电容器（指DRAM的结构），我们这个（闪存）是完全的只要一个晶体管，一个做特殊一点的材料的晶体管就可以完成的工作。所以这是三者的区别。

Q**：**
好的。另外我们说到闪存，我们很重视它的闪存的一个次数和它的一个容量，它的密度，就是决定它的闪存次数和容量密度的关键因素是什么？

A**：**
是的，刚刚我们讲你很注重它的密度，就是说在一定的空间一定的大小，它能摆更多的东西，比别人的摆的更多，所以你就要做得更小，对不对？你的每一个单元（element）都小的话，你整个闪存比如说你是一个7Gb（70亿位）这一个7Gb就变得小一点，如果你每一个都大，你整个就大了。

所以第一个我们就是工艺要越做越小，根据摩尔定律（Moore'sLaw）它能够做得更小，就是闪存能够在这个密度上能够进步的原理。

第二个你刚刚讲它能够次数能够多。因为这个东西一写，也就说就像我们在一个白纸上面写字，然后你用橡皮擦把它擦，一直擦这个纸，后来都擦坏了，擦破掉了。所以我们就希望你每次擦的时候，不要太用力，不要把它弄坏。如果弄坏的时候能不能修好了？这个纸能不能够把它能够不要擦破了？这些工艺就是我们这次的得奖项目里面，大家有讨论了。平常擦写1万次，差不多这个纸就会破掉了，坏掉了。

可是我们用了一个新的方法，ok新的发明可以做到1亿次甚至10亿次，100亿次都不会坏。我们看它坏了一点，我们就会自己把它修复，我们叫做自我修复（self-healing）。自我修复，就像很多东西你用久了它就坏掉，可是你在用的过程中能够把它修一修，它就永远不会坏掉。所以你刚刚问的问题，它的关键因素就是什么？常常就是说我们对(duì)它(tā)的(de)机(jī)制(zhì)，对他的材料都有充分的理解，我们就找到这个诀窍能够把它改正。

所以这个里面其实牵涉到不少的科学问题的(de)解(jiě)决(jué)。

Q：
自(zì)我(wǒ)修(xiū)复(fù)它(tā)为(wèi)什(shén)么(me)能(néng)够(gòu)自(zì)我(wǒ)修(xiū)复(fù)？它(tā)修(xiū)复的大概是怎样一个过程？我们需要付出什么，让它能够自我修复？

A：
它当初是怎么操作的？

当初你要把一个东西（电子）摆在盒子里面去，我们是怎么盒子摆进去的？其实我们是一个穿墙人，我们是用量子的穿隧效应（QuantumTunneling Effect）。一个房子，这个没有门没有窗，可是我能够跑进去又跑出来，这个就是量子穿隧了。所以你要能够进去的时候，你要很用力这样一闯，撞到那个墙一撞你就过去了，撞进去了。然后你要出来的时候怎么样？也是这样一闯就闯出来了。但是一直闯墙壁不是就破掉了？到最后墙壁就坏掉了。刚刚我讲的你要进进出出，你有门哪可以从门走进去，那你没有门，本来是应该不能走的。刚刚我们讲的物理原理就是说在量子的时代有一个原理就是叫做穿隧效果，像穿墙人一样，它可以这样穿过去，但是穿太多次也把墙就坏掉了。

既然是这样子，什么东西坏掉？墙坏掉了，对不对？我们能把墙快要坏掉的时候就把它修修好，它又可以重用了，就可以得到重新的生命就可以了。

那墙坏掉要怎么把它修好？我们加热。你如果热的话，墙里面的原子被它撞歪的，全部都可以趁热的时候调整一下位置，就把它的位置又修好了，就像新的一样了，重新重生了。所以我们利用这样的一个原理，把你快要被弄坏掉的墙里面的原子都已经被你撞得七歪八倒的，都把它扶正以后，它又像新的一样就这样子。

本来(lái)说(shuō)1万(wàn)次(cì)快(kuài)就(jiù)要(yào)完(wán)蛋(dàn)了(le)，我(wǒ)们(men)做(zuò)了(le)5000次(cì)的(de)时(shí)候(hou)，我(wǒ)们(men)就(jiù)把(bǎ)它(tā)修(xiū)一(yī)修(xiū)，它(tā)又(yòu)像(xiàng)新(xīn)的(de)一(yī)样(yàng)，你(nǐ)永(yǒng)远(yuǎn)5000次(cì)它(tā)就(jiù)永(yǒng)远(yuǎn)不(bù)会(huì)坏(huài)。我(wǒ)们(men)做(zuò)的(de)实验我们用到1亿次它都不坏，我们不知道它哪一天会坏。所以美国的《IEEE Spectrum》杂志上就是说“FlashForever”（闪存永生），永远的闪存。一直用怎么都用不坏，就达到了这样子的效果。

Q：
现在还有一个，我们现在的数据存储有很多的不同的需求。有的是像这种需要不停的擦写，但是也有一种现在冷数据（Cold Data）的处理好像也很受重视。闪存可能会被包括电存储、磁存储都认为好像不如光盘（OpticalDisk）稳定和省电。目前这阶段这是我们需要解决的问题吗？

A：
是的。刚刚我们讲它要满足很多，它要能够擦能够写都很好。但是有一种叫做冷存储（ColdStorage），数据储存。冷是什么意思？冷就是说我不擦也不写了，我写进去以后我就不动了。就像你照一张照片具有纪念性，ok，对不对？你用一个手机照一个照片，你再也不要变了，你就摆在那边(biān)了，是不是？这就叫做冷，因为你不再去用它了。什么叫热？热就一直去弄它。你不去弄它，你也不要擦进去（改写），我就摆在那边。所以这种用途用闪存，你就怕他的这个数据会不会掉？摆在光盘里面好不好？其实光盘更不稳定。光盘很温度一高，你把一个光盘摆在你的汽车里面，你摆着来看，摆在汽车里面，给太阳一晒都坏掉了。你如果那个音乐就会给你唱出很怪的歌来，所以光盘并不是一个好的解决。

其实我们用闪存的方法是很好的。闪存只有对一个存储是对抗不过，到现在还对抗不过，就是什么？就是硬盘。硬盘最凶悍。可是硬盘太重了，硬盘还有一个最大的缺点，硬盘怕冲撞。因为它是用一个一个针这样子跑的，你知道吗？那个是一个磁性的（Magnetic）东西，它只要一冲它就就跑偏（out oftrack）了。所以通常硬盘就摆在一个大的器件里面，不要动你，带着它追赶跑跳碰的话，绝对不行，还是闪存才行。

闪存要把它的命变长，刚刚我们因为为什么我们那样子的一个发明很重要？譬如你现在一闪存的东西记忆的东西，你把它送到火星去了，你把它送到太空去，它坏的话你能不(bù)能(néng)换(huàn)一(yī)个(gè)？太(tài)麻(má)烦(fán)了(le)，我(wǒ)的(de)天(tiān)哪(nǎ)还(hái)要(yào)上(shàng)太(tài)空(kōng)去(qù)换(huàn)它(tā)。我(wǒ)们(men)就(jiù)用(yòng)这(zhè)个(gè)方(fāng)法，我们用电讯号（ElectricalSignal），他自己就在那边修复。他身体不好了，他就身体把它修修好它就好了，这就是我们刚刚那样子的一个东西的有趣的地方了。或者你今天摆到喜马拉雅山上面的人工AI站坏了还要上去修？我们看这么多的5G、6G的工作，这个点（站点）也是很多都摆在很荒野的地方，要去修都很难的。所以我们有这个东西可以自己修，那就很有用。还有它变成国防的武器，武器的东西也是到了很恶劣（harsh）很糟糕的环境之中了，一般那很容易坏。那但是你如果有自我修复的能力，你就可以把坏的东西又给它修好了，要不然这东西还要送回后方来修，那工程太大了。

所以刚刚你讲的这个问题，其实(shí)我(wǒ)们(men)都有一定的解决方法。但是最大宗的用到闪存的现在还是消费性产品（ConsumerProducts），像我们手机里面用的最多，每个人都有很大的闪存在你的手机里面。都是说今天128GB（Gigabyte，吉字节），这就是多少的一个闪存在里面。那么这个东西它的环境不是很恶劣，因为跟着你走的，它不会到零下40度，那人都冻死了，它也坏掉了。通常我们都可以在零下40度可以存活（Operate），人都已经冻僵了，我们闪存不会坏。然后到125度它也不会坏，这个摆在汽车里面，汽车太阳再怎么照，引擎再怎么热，通常还没到125度了。125度水都煮开了，变成沸水了，那样子的温度之下，我们闪存还可以工作（work）。所(suǒ)以(yǐ)其(qí)实(shí)闪(shǎn)存(cún)的(de)，刚(gāng)刚(gāng)你(nǐ)讲(jiǎng)的(de)可(kě)靠(kào)性(xìng)跟(gēn)它(tā)的(de)稳(wěn)定(dìng)性(xìng)是(shì)越(yuè)来(lái)越进步了。现在上火星、上月球去的太空船（或设备）里面都装了特别的闪存，都可以活过来（正常工作）。

Q:
它的自我修复其实就是费一点电就可以了是吧？

A：
对，你给它供电（PowerSupply）摆在里面，它到时候它(tā)就(jiù)自(zì)己修一修了，就这样。

Q:
好的。目前的太阳能就是太空中自然的阳光照射可以供应电吗？

A：
对。其实它还有一个怕的。我们在这个环境里面还有一个最凶的，就是跑到太空去的时候，或者打核子大战，两个国家打核子大战的时候，原子弹爆发以后，还有太空的宇宙射线（Cosmic Ray）都是非常具杀伤力的。一般的IC（集成电路，IntegratedCircuit）我们讲集成电路，碰到就会失效。那么闪存会不会失效？闪存也会失效。所以我们所有的IC都要想办法怎么应付。核子大战的时候，辐射（Radiation）射出来，或者你送到很高（空）的时候，碰到叫宇宙射线（Cosmic Ray）的粒子（particle）给我打到会不会坏？所以这个方面也是我们特别研究。但是我们知道这个的研究现在只是优化，并没有真正解决，大家都没有真正解决。这个是一个很值得再去探讨的方向。

Q:
很有意思。有没有能不能透露一下大概可能往哪个方向去解决？

A：
这就是看这个材料了。因为我们所有IC里面用的最长的最重要的一个元素，二氧化硅（SiliconDioxide），我们国内是叫做硅了，二氧化硅。二氧化硅这个东西最怕刚刚我讲的宇宙射线（Cosmic Ray），它一打进去的时候，它就会generate（产生）会产生电荷。刚刚我们讲你那个里面有一个电子就是说叫0，没有电子就叫1。如果它会自我产(chǎn)生(shēng)（电(diàn)荷(hé)）的(de)话(huà)，那(nà)不(bù)是(shì)就(jiù)乱(luàn)了(le)套(tào)了(le)吗(ma)？大(dà)家(jiā)都(dōu)乱(luàn)了(le)套(tào)了。

所以我们现在就是说不用二氧化硅用什么？在现在目前二氧化硅是做东西最好用，而且也最便宜的一个硅材料的IC的东西。你知道硅为什么这么好？他有一个最好的伙伴就是二氧化硅。这两个人是最好的伙伴，一个是导电，一个是不导电。这样子的话可能硅跟二氧化硅就要被什么换掉？我们用什么其他的材料能够比较不怕辐射（Radiation），不怕这辐射。那么其实大家也在是一个非常热门有趣的题目了。

本文为·创作培育计划扶持作品

受访人：卢志远

审校：陈虔 北京航空航天大学软件学院 教授

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司