摘要：2025 年 10 月 8 日，复旦大学周鹏 - 刘春森团队在《自然》期刊宣布，成功研制全球首颗二维 - 硅基混合架构闪存芯片 ，标志着继 4 月 “破晓” 原型器件创下 400 皮秒超高速存储纪录后，中国在二维半导体工程化领域实现从原理到应用的关键一跃。团队

2025 年 10 月 8 日，复旦大学周鹏 - 刘春森团队在《自然》期刊宣布，成功研制全球首颗二维 - 硅基混合架构闪存芯片 ，标志着继 4 月 “破晓” 原型器件创下 400 皮秒超高速存储纪录后，中国在二维半导体工程化领域实现从原理到应用的关键一跃。团队突破 “二维材料与硅基 CMOS 表面微观起伏适配” 这一世界级难题，通过器件设计与集成工艺协同优化，实现原子级贴合，芯片良率达 94.3% ，远超集成电路制造 89% 的行业基准，率先将混合架构从理论蓝图转化为可工程化的实物芯片。

针对大数据与 AI 时代数据加载速度与存储持久性的双重瓶颈，该芯片采用 “二维半导体薄膜 + 硅基 CMOS” 混合架构，既保留硅基工艺的成熟可靠性，又利用二维材料原子级厚度优势（仅 1-3 个原子层），实现存储速度、密度与功耗的全面突破。相较于传统闪存技术，其非易失存储速度提升 10 倍以上，有望彻底改变 “存储墙” 制约算力发展的现状，为下一代智能设备提供底层技术支撑。

延续 “破晓” 器件的超高速特性，芯片实现 400 皮秒的超短存储周期 ，达到半导体电荷存储技术的理论极限速度。这意味着 AI 训练中的数据调用延迟将大幅缩短，数据中心能效比显著提升，为边缘计算、自动驾驶等对实时响应要求极高的场景提供 “极速存储大脑”。 例如，在自动驾驶系统中，车辆行驶过程中会实时产生大量的数据，如传感器数据、路况信息等。传统闪存技术的数据读取和写入速度相对较慢，无法满足自动驾驶对数据快速处理的需求，可能导致决策延迟，影响行车安全。而该芯片 400 皮秒的超短存储周期，能让车辆瞬间读取和处理这些数据，及时做出驾驶决策，大大提高了自动驾驶的安全性和可靠性。

针对 CMOS 芯片表面微观起伏（类比 “硅基城市” 的高低错落），团队创新性采用 “原子级表面修饰 + 柔性二维薄膜集成” 技术 ，无需改造成熟硅基产线，通过原子级表面修饰技术，实现二维薄膜与硅基衬底的无缝贴合。这一 “适应而非改变” 的工程化思路，为新型半导体材料与传统工艺融合开辟了全新路径，被国际同行评价为 “二维电子器件产业化的关键范式突破”。打个比方，传统的技术就像是要把一座高低起伏的城市夷为平地再重建，而这项新技术则像是给这座城市量身定制了一件可以完美贴合每一处起伏的 “外衣”，既保留了城市原本的结构，又实现了新的功能。

芯片良率达 94%，远超行业标准，解决了新型器件规模化生产的核心痛点；存储密度理论值较传统 NAND Flash 提升 3 倍以上，且功耗降低 60%，可满足智能手机、SSD 固态硬盘、数据中心等多场景对 “高速、低耗、高密度” 存储的极致需求。国际半导体产业协会（SEMI）指出，该技术打破了闪存速度、功耗与集成度的传统平衡，预示着 “通用型存储器取代多级分层架构” 的技术拐点已至。在智能手机中，使用该芯片后，不仅能让手机存储更多的照片、视频、应用程序等，还能使手机运行速度更快，电池续航时间更长，为用户带来更流畅的使用体验。

作为全球首篇报道二维 - 硅基混合架构芯片工程化的论文，研究成果继 4 月 “破晓” 之后再次登上《自然》，标志着中国在二维半导体器件领域从 “原理创新” 走向 “工程落地”，掌握下一代存储技术的核心知识产权。美国《科学》杂志评论称，这是 “中国在集成电路领域少有的‘源技术’突破，或将重塑全球存储产业竞争格局”。过去，在集成电路领域，中国大多时候处于 “跟跑” 状态，依赖国外的技术和经验。而这次中国凭借自身的科研实力，实现了从 “跟跑” 到 “领跑” 的转变，在国际上拥有了更多的话语权。

三星、铠侠等国际存储巨头均表示高度关注，认为该技术在 3D 堆叠、存算一体等方向具有巨大潜力；国内长江存储、中芯国际等企业已抛出合作橄榄枝。行业共识认为，随着 AI 算力需求呈指数级增长，二维 - 硅基混合架构闪存将成为 AI 芯片的 “最佳拍档”，推动 “存储 - 计算” 协同效率提升 10 倍以上，助力中国在全球 AI 硬件生态中占据战略制高点。在人工智能领域，数据的存储和处理速度至关重要。该芯片的出现，将为 AI 的发展提供更强大的支持，使 AI 在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域取得更大的突破 。

团队透露，已完成核心工艺验证与首批流片，下一步将联合中芯国际、华虹集团等建立自主可控的量产体系 ，目标 3 年内实现千量级集成，5 年内达成兆量级规模（10^6 器件单元），同步推进知识产权授权与标准制定。这意味着最快 2028 年，搭载该技术的消费级产品（如高速手机存储、企业级 SSD）将正式商用。在这一过程中，团队将充分发挥产学研合作的优势，整合各方资源，加快技术的产业化进程。例如，与高校和科研机构合作，开展前沿技术研究，为量产提供技术支持；与企业合作，进行产品开发和市场推广，确保技术能够顺利转化为实际产品，满足市场需求。

随着技术成熟，二维 - 硅基闪存有望取代当前 “寄存器 - 内存 - 闪存 - 硬盘” 多级分层存储体系，实现 “高速存储与持久化存储” 的二合一。这将重构计算机体系结构，为 6G、量子计算预处理等前沿领域提供 “存储算力一体化” 解决方案，推动信息技术从 “硅基时代” 迈向 “二维混合架构时代”。在 6G 通信中，需要处理海量的数据，对存储和计算的速度要求极高。二维 - 硅基闪存的出现，将为 6G 通信提供强大的存储和计算支持，实现数据的快速处理和传输，推动 6G 技术的发展和应用。

复旦大学团队的突破，得益于国家重点实验室、集成电路创新学院与产业界的十年协同攻关。从 2018 年二维材料基础研究，到 2023 年 “破晓” 原型器件，再到 2025 年工程化芯片落地，形成 “基础研究 - 器件创新 - 工艺适配 - 产业验证” 的全链条创新模式，为解决 “卡脖子” 技术提供了可复制的 “中国范式”。在这个过程中，高校和科研机构发挥了基础研究的优势，为技术创新提供了理论支持；企业则凭借其在市场和产业化方面的经验，将科研成果转化为实际产品，实现了从实验室到市场的跨越。这种产学研深度协同的模式，不仅提高了创新效率，还降低了创新风险，为中国半导体产业的发展注入了强大动力。

当传统硅基工艺逼近 1nm 物理极限，二维半导体凭借原子级厚度、柔性特性与跨维度集成潜力，成为国际公认的破局方向。中国在该领域的持续投入（“十四五” 集成电路专项重点支持二维材料工程化），正转化为技术与产业双重优势，有望在全球后摩尔时代竞争中占据领跑地位。从 “破晓” 原型到 “长缨” 架构，复旦大学团队用五年时间完成从 0 到 1 的突破，让中国在全球存储芯片竞争中从 “追赶者” 变为 “规则定义者”。这颗小小的二维 - 硅基闪存芯片，不仅是一块 “速度更快、耐力更久” 的存储载体，更是中国半导体产业突破创新天花板的缩影。随着工程化进程加速，我们即将迎来一个 “数据存取如闪电般快捷、存储密度如宇宙般浩瀚” 的智能时代 —— 而这一切，正始于中国科研团队在实验室里的 “硅基之上，再铺一层原子级薄膜” 的大胆想象。在未来，二维半导体有望在更多领域发挥重要作用，推动信息技术的进一步发展，为人类社会带来更多的创新和变革。

来源：马哲新视界