全球首創！復旦大學二維矽基混合快閃記憶體研究登《自然》期刊 專家：中國晶片新王牌

中國復旦大學整合晶片與系統全國重點實驗室、積體電路與微納電子創新學院的周鵬與劉春森團隊近日傳來重大突破，全球首顆二維—矽基混合架構快閃記憶體晶片研發成功，相關成果上周三 (8 日) 發表於國際頂尖學術期刊《自然》。

周鵬與劉春森團隊這項成果不僅攻克了二維資訊元件工程化的關鍵難題，更以「混合架構」破解了儲存速率的技術瓶頸，為下一代儲存技術提供了顛覆性解決方案。這一晶片的核心創新在於將二維超快閃記憶體與成熟的互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 製程深度融合。

二維材料因原子級厚度和超快響應特性，被視為突破儲存速率限制的「潛力股」，但此前一直面臨與 CMOS 工藝兼容的難題。

二維材料僅 1-3 個原子厚，直接鋪設在 CMOS 電路表面易破裂，而 CMOS 襯底表面元件複雜，平整度不足，導致二維材料難以穩定集成。

周鵬與劉春森團隊透過模組化整合方案，先將二維儲存電路與 CMOS 控制電路分離製造，再利用高密度單晶片互連技術實現完整晶片集成，最終晶片良率高達 94.34%，成功跨越了從實驗室原型到工程化的「死亡之谷」。

測試數據顯示，這款晶片靠著前期研究成果與整合工作，已實現全片測試支援 8-bit 指令操作、32-bit 高速並行操作與隨機尋址，性能「碾壓」現有 Flash 快閃記憶體技術。該晶片的二維快閃記憶體單元支援 20 奈秒快速操作，單比特能耗低至 0.644 皮焦耳，速度與能源效率均大幅提升。

周鵬與劉春森團隊還提出了「長纓（CY-01）架構」，透過跨平台系統設計方法論解決了二維與 CMOS 電路協同設計、介面適配等問題，驗證了晶片指令驅動型工作模式下的 32 位元並行處理與隨機存取能力。

這項突破並非偶然。周鵬與劉春森團隊在二維電子元件工程化領域深耕多年，該團隊今年 4 月曾在《自然》發表「破曉（PoX）」皮秒閃存原型器件，實現 400 皮秒超高速非易失存儲，刷新半導體電荷存儲速度紀錄。

此前一年，周鵬與劉春森團隊已在《自然襯頸襯底》發表成果，二維電子材料在基礎上。

周鵬與劉春森團隊在 5 年探索中從單一裝置攻關到整合製程協同，逐步打通了「原子級裝置—晶片—系統」的全鏈路技術障礙。

至於為何選擇快閃記憶體作為二維技術產業化的突破口，周鵬解釋，記憶體對材料品質和製程要求相對較低，且二維快閃記憶體的性能指標遠超現有產業化技術，更易產生顛覆性應用。目前市場主流的 CMOS 技術產業鏈成熟，團隊判斷將二維超快閃記憶體融入 CMOS 產線，既能加速新技術孵化，也能為 CMOS 技術注入新動能。

劉春森也說：「從晶體管到 CPU 花了 24 年，而我們通過融合現有技術，將這一過程大幅壓縮，未來顛覆性應用的探索將更快。」

這項最新技術的產業意義遠超過儲存領域。專家指出，若商業化成功，未來手機、電腦或迎來體驗革命。更重要的是，它有望打破記憶體與硬碟的界限。

傳統電腦中，記憶體與硬碟並存，而二維 - 矽基混合閃存可能實現「通用型記憶體」，既具備記憶體的速度，又有硬碟的持久性，徹底改變電腦架構，提升效率。

在全球「晶片戰」背景下，周鵬與劉春森團隊的這項技術更顯戰略價值。它巧妙繞過了中國在頂級光刻機等傳統工藝上的弱點，靠著新材料研究與創新集成工藝形成「非對稱競爭力」。

此外，二維材料的極薄特性使其跟三維堆疊 (3D Stacking) 技術是天生絕配，未來可疊在矽基晶片上，透過微米級垂直通道連接，為 AI 晶片提供更高效的儲存支援。

AI 大模型訓練與推理需大量資料吞吐，目前大量時間耗費在資料調取上，新型記憶體晶片將顯著提升 AI 訓練效率與能效，成為 AI 時代的「儲存剛需」。

周鵬與劉春森團隊下一步打算建立實驗基地，與相關機構合作推動自主工程化項目，目標在 3-5 年內實現兆量級集成，並將智慧財產權授權給合作企業。

周鵬與劉春森團隊期待這項技術能推動記憶體體系革新，讓通用型記憶體成為 AI 時代的標準儲存方案，為中國在半導體領域贏得戰略主動。