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复旦大学,全球首创,存储芯片登Nature!
发布日期:2025-10-24 13:41:26 点击次数:167

最近,咱们国家的一所顶尖学府——复旦大学,干了一件让全世界科技圈都瞩目的大事。

他们研发出了一颗全新的存储芯片,这个成果有多厉害呢?

这么说吧,相关的研究论文直接发表在了国际上最权威的科学期刊《自然》(Nature)上,这本身就代表了顶级的科学突破。

更关键的是,这颗芯片不仅仅是停留在实验室里的一个样品,而是已经成功地走了出来,完成了“流片”,意思就是已经按照工业标准制造出了实实在在的芯片成品。

这颗被认为是全球首创的芯片,可能会对我们现在每天都在使用的手机、电脑里的存储技术,带来一次颠覆性的改变。

很多人可能会觉得,芯片离我们的生活很远,是科学家们才需要关心的事。

其实不然,我们每个人都能切身感受到存储技术的重要性。

比如说,你新买的手机用起来飞快,可一两年后就变得越来越卡,打开一个应用都要等半天;或者你在电脑上处理一个大文件、玩一个大型游戏,那个加载的进度条总是让人心急。

这些体验的背后,很大程度上都和数据存储与读取的速度有关。

我们现在设备里的存储系统,其实是一个有点“笨拙”的多层结构。

最快的是CPU旁边的一点点缓存,速度像火箭,但容量极小,而且价格昂贵。

其次是内存条,速度也很快,但有个致命缺点,一断电里面的东西就全没了。

最下面一层才是我们熟悉的硬盘,比如固态硬盘(SSD),它用的就是闪存技术,容量大,数据能长久保存,可读写速度跟内存比起来,就慢了很多。

所以,数据就要不停地在这些快慢不同的层级之间来回搬家,这个过程一多,设备自然就卡了。

几十年来,全世界的科学家都在梦想着能有一种完美的存储器,它既有内存那样闪电般的速度,又能像硬盘一样永久保存数据,同时成本还不能太高。

复旦大学周鹏教授和刘春森研究员带领的团队,这次拿出的成果,就是朝着这个终极梦想迈出的坚实一步。

他们另辟蹊径,想到了一个“混搭”的办法。

他们把两种看似不相关的技术结合到了一起:一种是目前最前沿、性能超强的“二维材料”;另一种是我们现在芯片产业的基石,已经发展了几十年、技术非常成熟的“硅基CMOS工艺”。

简单来说,就是想用一种全新的超级材料,来给咱们成熟的传统芯片技术注入一股强大的新活力。

但是,要把这两种东西捏合到一起,难度超乎想象,这也是全世界科学家都面临的一个大难题。

我们可以打个比方来理解这个难度。

我们现在用的所有芯片,如果用显微镜放大看,它的表面其实不是平的,而是像一座微缩的城市,上面布满了高高低低的“建筑物”,比如晶体管、电路连线等等。

而“二维材料”是什么呢?

它是一种非常神奇的材料,薄到了极致,厚度只有一个或者几个原子,你可以把它想象成一张巨大无比、又极其脆弱的保鲜膜。

现在,难题来了:你要怎么把这张薄如蝉翼的保鲜膜,完美地、平整地铺在这样一座高低不平的“微缩城市”上呢?

结果可想而知,这张膜要么被戳破,要么就是布满褶皱,根本无法正常工作。

之前,很多研究者的思路是,能不能想办法把这座“城市”的表面给打磨平整,让它变成一片平地?

但这个想法在现实中几乎不可能实现,因为一打磨,芯片内部精密的电路结构可能就全被破坏了。

复旦团队的聪明之处就在于,他们换了一个全新的角度来解决问题。

既然把“城市”夷为平地行不通,那我们能不能在铺设“保鲜膜”的方式上动动脑筋?

他们提出了一种“模块化”的集成方案。

这个方案说起来很巧妙,他们不再试图硬生生地把二维材料直接铺在复杂的芯片表面。

而是分两步走:第一步,在一个地方,用成熟的工艺先把这座复杂的“城市”,也就是控制芯片功能的硅基电路给造好。

第二步,在另一个绝对平整的基板上,把二维材料制成的存储单元,也就是那张“保鲜膜”,给完美地制造出来。

最后,也是最关键的一步,他们通过一种叫做“高密度单片互连”的技术,就像是修建了成千上万个微米尺度的垂直“管道”或者“电梯”,把上下两个独立制造好的模块精准地连接起来。

这个方法一下子就绕开了那个世界级的难题。

二维材料不再需要去硬生生地适应芯片表面的凹凸不平,而是通过这些微小的“管道”和下方的控制电路进行信息交换。

这就好比,你不需要用一张巨大的防水布把整座城市都盖住,而是在需要的地方,从高空精准地垂下管道,直接连接到每一栋建筑里。

这种创新的工艺,不仅保护了二维材料优异的性能,还取得了惊人的成果——最终制造出来的芯片,良品率高达94.34%。

在尖端的、探索性的芯片研究领域,能达到这么高的良品率,意味着这项技术已经不仅仅是理论上的成功,而是具备了走向大规模生产的巨大潜力。

解决了制造的难题,我们再来看看这颗芯片的性能到底有多强。

它的核心技术,来源于这个团队半年前的另一项重大突破,一种叫做“破晓”的超快闪存器件。

当时那个“破晓”原型机,就已经创造了半导体存储速度的世界纪录。

而这一次,他们成功地将这个原型变成了一颗真正意义上的、功能完整的芯片。

根据测试数据,这颗芯片的读写操作速度可以达到20纳秒,同时功耗非常低。

这些专业的数字背后,代表的是比我们现在普遍使用的闪存技术快得多、也省电得多的实际表现。

更重要的是,复旦团队的这项工作,不仅仅是做出了一颗芯片,更是建立了一整套全新的技术体系和设计方法,他们将其命名为“长缨架构”。

这套体系为如何将各种先进的新材料与我们现有的成熟芯片工业结合起来,提供了一份宝贵的“说明书”和可行的路线图。

正如研究人员所说,过去一项新技术从实验室走到实用的CPU,可能需要二十多年,而他们通过这种创新的融合方式,大大缩短了这个过程。

这充分展现了我们国家科研人员的智慧和远见,我们不必在所有领域都推倒重来,而是可以巧妙地利用现有成熟的工业基础,通过关键技术的创新嫁接,实现跨越式发展。

这项成果标志着中国在半导体前沿基础研究领域,从理论创新到工程实践都迈上了一个新的台阶,为未来人工智能、大数据等需要高速、低耗数据处理的领域,提供了强大的底层技术支撑。

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