Watson
复旦大学周鹏-刘春森团队在《自然》（Nature）发表的《全功能二维-硅基混合架构闪存芯片》研究成果，标志着全球半导体存储技术领域的重大突破。该成果通过“长缨（CY-01）架构”实现二维超快闪存器件“破晓（PoX）”与成熟硅基CMOS工艺的深度融合，首次将二维材料与硅基平台进行工程化集成，构建了兼具超高速、低能耗和高密度的全功能闪存芯片，在半导体存储技术领域实现了从“材料-器件-架构-系统”的全链条创新突破。研究团队通过模块化集成方案，将二维存储电路与CMOS电路分离制造，采用微米尺度通孔技术实现高密度单片互连，成功解决了二维材料（厚度仅1-3个原子层）与硅基衬底表面纳米级起伏的兼容难题，实现了原子级贴合的集成工艺革命。该芯片良率达到94.3%，支持8-bit指令操作、32-bit高速并行操作及随机寻址功能，在存储密度、操作速度和能效比等核心指标上全面超越现有Flash闪存技术，成为迄今最快的半导体电荷存储技术之一。
在技术特性层面，该芯片的二维闪存原型器件“破晓”实现了400皮秒的超高速非易失存储，比传统闪存快100万倍，单比特能耗低至0.644皮焦耳，显著降低了数据存取的功耗成本。这种超高速特性源于二维材料独特的电子输运特性与量子隧穿效应的协同优化，结合硅基CMOS工艺的成熟制造能力，形成了兼具量子级操作速度与硅基工艺可靠性的混合架构。系统级设计方面，“长缨架构”提出了跨平台协同设计方法论，包含二维-CMOS电路协同设计、接口兼容性验证等关键技术，支持指令驱动型全功能芯片开发，并通过全栈式片上工艺集成平面集成、3D架构和封装技术，形成了“科学-工程-系统”的闭环设计范式。这种设计方法论不仅解决了二维材料与硅基工艺的集成难题，还为后续的规模化生产提供了可复制的工程路径。
从产业意义来看，该成果突破了AI时代数据存取速度与功耗的“卡脖子”问题。当前传统闪存的速度与AI算力需求存在10万倍的差距，而该技术通过二维-硅基混合架构实现了通用型存储器对多级分层架构的替代，为AI训练、大数据分析和实时计算提供了高速低能耗的存储支撑。在产业化进程方面，通过融入现有CMOS产线，研究团队将颠覆性器件从实验室到产业化的周期从数十年压缩至数年，计划3-5年内实现兆量级集成，并通过知识产权授权推动600亿美元存储市场的技术升级。这种“科研-工程-产业”的快速转化模式，为中国在二维半导体领域掌握核心技术主动权提供了示范效应，被视为集成电路“源技术”的突破性成果。
研究背景方面，该成果源于复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室和集成电路与微纳电子创新学院的长期积累。团队在2024年《自然·电子》发表的二维器件良率突破研究为本次成果奠定了材料基础，2025年4月“破晓”原型器件发表于《自然》后，团队在半年内实现从器件到系统的全链条创新，形成了“科学发现-技术突破-工程实现”的完整创新链。团队核心成员包括周鹏教授、刘春森研究员及博士生江勇波等，其研究工作得到了科技部、教育部等部门资助，并入选《麻省理工科技评论》亚太区“35岁以下科技创新35人”榜单，彰显了中国青年科学家在半导体原创技术领域的全球竞争力。
未来展望方面，研究团队计划建立实验基地，与产业界深度合作推进工程化进程，目标将二维闪存打造为AI时代的标准存储方案。这种技术路线不仅有望颠覆传统存储体系，更将推动信息技术迈入高速时代。从更宏观的视角看，该成果不仅是技术层面的革新，更代表了中国在半导体原创技术领域的全球竞争力提升，为后续的芯片自主可控和产业升级提供了关键技术支撑。这种“从0到1”的原始创新，对于打破国际技术垄断、构建自主可控的半导体产业链具有战略意义，同时也为全球半导体存储技术的发展开辟了新的方向。
