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存储迎来历史性变革,复旦量子闪存实现单电子承载一比特信息

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整个存储行业迎来足以改写底层规则的重大突破,复旦大学团队正式发布全新量子闪存技术,成功做到只用单个电子承载一比特数据,直接触达电荷存储的物理理论极限,这场颠覆性革新,也将彻底扫清当下 AI 发展最大的存储瓶颈,推动通用人工智能加速落地普及。


长久以来我们手机、服务器里的存储芯片,都存在一个难以调和的能耗短板。

市面上主流内存存储一比特信息,动辄需要消耗二十万个电子,大量电子来回搬运不仅拉高整机功耗,持续发热、读写延迟、容量受限等问题随之而来。

业内一直有个公认的终极设想,如果能压缩到只用一个电子记录一组 0、1 数据,存储密度、能耗、读写速度都会迎来质的飞跃,但几十年里这个构想只停留在理论层面。

早年也曾有团队尝试捕捉单电子存储信号,可只能在接近绝对零度的极低温环境下短暂观测,信号微弱、数据留存不足五秒,完全没有实际商用的可能。


复旦周鹏、刘春森团队耗时多年,依托二维半导体原子级超薄材料,独创名为 “归壹” 的存储器件结构,搭配全新 “态密度剪刀” 量子理论,彻底解决了单电子难以稳定束缚、信号容易被噪声掩盖的难题。

整套器件采用共面式漏极、沟道、源极设计,把器件内部寄生干扰压缩到极低水平,即便在日常室温 27℃环境中,注入单个电子就能形成 0.5 伏特清晰存储窗口,信号强度远超过往所有实验成果,数据能够长期稳定保存,真正实现常温环境下可用的单电子非易失存储,也拿下全球同类型器件里最大的量子存储窗口。


简单对比就能直观感受到差距,传统存储需要数十万电子完成的记录工作,量子闪存仅需一枚电子就能完成,整机存储功耗直接下降至原有几万分之一。

同时它保留闪存断电数据不丢失的特性,又拥有近乎零延迟的读写速度,完美补齐当前存储产品的短板:传统 DRAM 速度快但断电清空,普通闪存容量大却读写缓慢,而这款量子闪存同时兼顾高速、大容量、低功耗、断电留存四大核心优势。


这项技术最大的价值,在于直击当下 AI 产业公认的 “存储墙” 难题。现在大模型运行普遍存在算力闲置的情况,处理器运算速度飞快,但海量文本、图像数据需要在内存、硬盘之间反复传输,数据搬运消耗绝大多数能耗与时间,不管是手机端侧大模型,还是云端超算服务器,都被存储传输拖慢整体效率。量子闪存落地后能够实现存算一体架构,数据直接在存储单元内完成运算,不用跨区域来回调取,从底层砍掉数据迁移带来的资源损耗。

放到普通用户日常使用场景来看,未来搭载量子闪存的手机、电脑,无需担心本地运行大模型严重发烫,AI 助手可以长期保留上万字长对话记忆,不用频繁清空上下文;随身携带的 AI 眼镜、便携终端,能依靠极低功耗持续采集、处理实景多模态数据,长时间离线智能交互不再受续航制约。而云端算力中心升级这套存储之后,服务器耗电量大幅缩减,大规模训练超大参数模型的成本会显著降低,行业算力扩张的门槛被大幅压低。


从产业竞争角度来说,这次突破属于典型的换道超车。过去高端存储芯片的核心专利、成熟工艺长期被海外企业把控,国内厂商只能在成熟硅基路线追赶迭代。

而复旦这套量子闪存依托二维半导体全新路线,拥有完整自主理论体系与器件设计方案,还能兼容现有成熟 CMOS 晶圆产线,不用重建全新生产线,大幅缩短商业化落地周期。团队已经规划后续工程化落地路线,计划和国内存储厂商深度合作,预计三到五年就能推出量产存储芯片,逐步替换当下主流存储产品。

业内评价称,单电子一比特不只是一项实验室技术创新,更是存储领域的历史性革命。

电子是无法再拆分的基础带电粒子,这已经是电荷存储的物理天花板,不存在继续压缩的空间。当底层存储单元的密度、功耗瓶颈被彻底打通,不管是消费电子、工业智能设备,还是通用人工智能、量子计算配套存储,都会迎来全新发展阶段。过去限制 AI 全面普及的硬件枷锁被解开,兼顾低成本、高性能、低能耗的全 AI 数字化时代,距离全面到来又近了一大步。

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