环球首颗 复旦团队研发二维-硅基混淆架构闪存芯片

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1 [) u, c  }& `$ A6 C" i                                                            　　复旦大学集成芯片与体系天下重点实行室集成电路与微纳电子创新学院周鹏-刘春森团队研发的“长缨（CY-01）”架构，将二维超快闪存器件“破晓（PoX）”与成熟硅基CMOS工艺深度融合，率先研发出环球首颗二维-硅基混淆架构芯片。相干研究结果于北京时间10月8日晚间在《天然》（Nature）期刊上发表。
; b+ K( j. ?6 W" d4 d9 z: S. C7 z　　大数据与人工智能期间对数据存取性能提出了极致要求，而传统存储器的速率与功耗已成为拦阻算力发展的“卡脖子”题目之一。本年4月，周鹏-刘春森团队于《天然》（Nature）期刊提出“破晓”二维闪存原型器件，实现了400皮秒超高速非易失存储，是迄今最快的半导体电荷存储技能，为冲破算力发展逆境提供了底层原理。
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破晓皮秒闪存器件

3 x. s9 T- K# L7 p* u　　但研究者们最关心的题目莫过于“LAB to FAB（从实行室到工厂）”困难。怎样加快财产化历程，让二维电子器件走向功能芯片？周鹏-刘春森团队自动融入财产链。
　　“从现在技能来看，存储器是二维电子器件最有大概首个财产化的器件范例。由于它对质料质量和工艺制造没有提出更高要求，而且可以或许到达的性能指标远超如今的财产化技能，大概会产生一些颠覆性的应用场景。”在存储器范畴深耕多年的周鹏以为。
0 v7 v- L1 H7 j0 Y0 ?　　当前，CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化半导体）技能是集成电路制造的主流工艺，市场中的大部门集成电路芯片均利用CMOS技能制造，财产链较为成熟。团队以为，假如要加速新技能孵化，就要将二维超快闪存器件充实融入CMOS传统半导体产线，而这也能为CMOS技能带来全新突破。
/ N, }7 `" |4 J# q, U: M　　为了找到这条“精确的路”，团队前期履历了5年的探索试错。
　　人们如今所说的芯片多由硅质料制作。而硅质料和二维质料可以说天差地别——硅片厚度每每在几百微米，一些薄层硅至少也有几十纳米；而二维半导体质料是原子级别，相称于厚度不到1纳米。
　　“二维半导体作为一种全新的质料体系，在国际上全部的集成电路制造工厂里都是不存在的。一旦引入新质料，就有大概对其他电子器件产生不可估量的影响，导致产线被污染，这是全部芯片厂商都无法担当的。”周鹏先容。
　　怎样将二维质料与CMOS集成又不粉碎其性能，是团队必要攻克的焦点困难。CMOS电路外貌有许多元件，犹如一个微缩“都会”，有高楼也有平地，高低升沉；而二维半导体质料厚度仅有1-3个原子，犹如“蝉翼”般纤薄而脆弱，假如直接将二维质料铺在CMOS电路上，质料很轻易破碎，更不消谈实现电路性能。
　　“就比如我们从太空看上海，好像很平展，但这个都会内部实在有400多米、100多米大概几十米高度不等的修建。假如铺一张薄膜在都会上方，膜自己就会不平整。”周鹏形象比喻道。
0 U/ O0 N- g. ]+ t5 L6 K9 t' |9 Z　　这也是为什么全天下的二维半导体研究者现在只能在极为平整的原生衬底上加工质料。一种办理思绪是将CMOS的衬底“磨平”以顺应二维质料，但要实现原子级平整并不实际。
2 z4 a7 P7 W0 W# F) [, x% h　　“我们没有须要去改变CMOS，而必要去顺应它。”团队决定从自己就具有肯定柔性的二维质料入手，通过模块化的集成方案，先将二维存储电路与成熟CMOS电路分离制造，再与CMOS控制电路通过高密度单片互连技能（微米标准通孔）实现完备芯片集成。
2 B6 D7 V: y" X" m9 C; c; T9 m% Z8 Y　　正是这项焦点工艺的创新，实现了在原子标准上让二维质料和CMOS衬底的精密贴合，终极实现凌驾94%的芯片良率。基于CMOS电路控制二维存储焦点的全片测试支持8-bit指令操纵，32-bit高速并行操纵与随机寻址，良率高达94.3%。这也是迄今为止天下上首个二维-硅基混淆架构闪存芯片，性能“碾压”现在的Flash闪存技能，初次实现了混淆架构的工程化。
　　团队进一步提出了跨平台体系计划方法论，包罗二维-CMOS电路协同计划、二维-CMOS跨平台接口计划等，并将这一体系集成框架定名为“长缨（CY-01）架构”。
  `' {1 \# P+ [' F' D　　“这是中国集成电路范畴的‘源技能’，使我国在下一代存储焦点技能范畴把握了自动权。”预测二维-硅基混淆架构闪存芯片的将来，周鹏-刘春森团队等待该技能颠覆传统存储器体系，让通用型存储器代替多级分层存储架构，为人工智能、大数据等前沿范畴提供更高速、更低能耗的数据支持，让二维闪存成为AI期间的尺度存储方案。
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