全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片在复旦诞生

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全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片在复旦诞生

“破晓长缨”助力创新技术走向应用

从半导体晶体管诞生到全球第一颗CPU,用了24年。复旦大学集成电路与微纳电子创新学院、集成芯片与系统全国重点实验室周鹏-刘春森团队,发表迄今最快二维闪存原型器件成果仅仅半年后,实现了全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片。

从颠覆性创新走向系统级应用,这一原本需要数十年的漫漫征途被大幅压缩。北京时间10月8日晚,国际权威学术期刊《自然》发表了这一重大成果。

比传统闪存快100万倍

一个满血版大模型想要流畅运行,存储单元至少每秒工作上亿次。当下,信息的存储速度极限,成为集成电路领域最为关键的基础科学问题之一。

目前速度最快的存储器均为易失性存储器,速度为1—30纳秒,但断电后数据会丢失。传统闪存不会轻易丢失数据,但存储速度比芯片工作速度落后10万倍以上。

2018年至今,研究团队一直深耕闪存“提速”难题。他们从底层物理出发,构建了一个全新理论框架,研制出迄今最快的二维闪存器件“破晓”——速度达到400皮秒,比传统闪存快100万倍。这一突破性成果今年4月发表于《自然》。

上个月,刘春森因为这一研究成果入选2025年《麻省理工科技评论》亚太区“35岁以下科技创新35人”。

借道已有的“高速公路”

从颠覆性创新到系统级应用,本质上是一条“从0到10”的艰难征途。而要真正走通这条路,离不开从“10到0”的远见——从未来应用出发,倒推技术发展的路径。

现有成熟的硅基工艺平台像一条高速公路,“破晓”像是一辆新型赛车,能否借道这条高速公路?“一旦成功,可以快速实现集成突破,同时赋能已有产业。”刘春森说。

二维半导体厚度仅为1—3个原子,如同“薄翼”般脆弱,与百微米级别的硅材料并不兼容。为此,团队研制了原子芯片集成框架“长缨”,将二维存储电路与硅基电路分离制造,再通过微米尺度的高密度单片互连技术实现完整集成,芯片集成良率高达94.3%。这一成果将二维超快闪存与硅基工艺平台深度融合,攻克了二维信息器件工程化的关键难题,率先实现全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片。

集成电路领域鲜有中国的原创技术,从“破晓”到“长缨”的命名,都暗含了研究团队“希望助力中国半导体产业有所突破”的决心。

非易失性存储器每年市场规模高达600亿美元,其中闪存占主导。对于全球首颗二维-硅基混合架构芯片的产业价值,不少投资公司表示看好。周鹏介绍,接下来,团队计划用3到5年,把混合架构芯片容量做到百万级别。

(来源:解放日报 记者 黄海华)



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