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，这一重大成果发表于国际权威学术期刊《自然》。
周鹏（右一）-刘春森（右二）团队。黄海华 摄
【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》。
就在上个月，刘春森因为这一工作入选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”】
然而，颠覆性器件要真正走向系统级应用，往往是一场“马拉松”。半导体晶体管1947年诞生，历经贝尔实验室、仙童与英特尔等顶尖力量的接力研发，1971年才催生出全球第一颗CPU芯片。
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。
【从“破晓”到“长缨”】
这次论文的上线有个小“插曲”。本来原定10月30日上线，国庆前夕突然接到《自然》编辑部的邮件，问询是否愿意提前上线，研究团队自是欣然答应。
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后，再交给产业界。
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