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【专利】史上最快存储速度!复旦亚纳秒级闪存技术登Nature；华中科技大学团队发布超凝胶传感器最新成果；小米汽车电池车身一体化专利获授权

2 天前 / 阅读约16分钟

来源：集微网

1.史上最快存储速度！复旦亚纳秒级闪存技术登Nature

2.《Nature Biomedical Engineering》刊发华中科技大学团队超凝胶传感器最新成果

3.小米汽车电池车身一体化专利获授权提升安全性与续航里程

4.芯和半导体“基于Grid切割的电源完整性快速分析方法和装置”专利公布

1.史上最快存储速度！复旦亚纳秒级闪存技术登Nature

时隔2周，继二维半导体芯片之后，复旦集成电路领域再获关键突破！复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、芯片与系统前沿技术研究院周鹏-刘春森团队通过构建准二维泊松模型，在理论上预测了超注入现象，打破了现有存储速度的理论极限，研制“破晓（PoX）”皮秒闪存器件，其擦写速度可提升至亚1纳秒（400皮秒），相当于每秒可执行25亿次操作，是迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术。

相关成果以《亚纳秒超注入闪存》（Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection）为题，于北京时间4月16日晚间，在《自然》（Nature）期刊上发表。

颠覆现有存储架构跑进亚纳秒级速度大关

AI时代，大数据的高速存储至关重要。如何突破信息存储速度极限，一直是集成电路领域最核心的基础性问题之一，也是制约AI算力上限的关键技术瓶颈。要实现大数据的高速存储，意味着与之匹配的存储器必须是在存储速度、能耗、容量上均表现优异的“六边形战士”。

然而，既有存储器的速度分级架构形如一座金字塔——位于塔上层的易失性存储器（如SRAM、DRAM）拥有纳秒级的高速存储，但其存储容量小、功耗大、制造成本高、断电后数据会丢失；而位于塔底的非易失性存储器（如闪存）则恰恰相反，虽克服了前者的种种劣势，但唯一的美中不足，便是百微秒级的存取速度不及前者十万分之一，遑论满足AI的计算需求。

既然闪存除了速度都是优点，有没有可能补齐它的速度短板？为此，周鹏-刘春森团队开展攻关，试图重新定义存储的边界，找到一种“完美”的存储器。

作为闪存的基本存储单元，浮栅晶体管由源极、漏极和栅极所组成。当电子从源极顺着沟道“跑”向漏极的过程中，按下栅极这一“开关”，电子便可被拽入浮栅存储层，实现信息存储。

“过去为闪存提速的思路，是让电子在跑道上先热身加速一段时间，等具备了高能量再按下开关。”刘春森形象解释。但在传统理论机制下，电子的“助跑”距离长、提速慢，半导体特殊的电场分布也决定了电子加速存在理论上限，令闪存存储速度无法突破注入极值点。

从存储器件的底层理论机制出发，团队提出了一条全新的提速思路——通过结合二维狄拉克能带结构与弹道输运特性，调制二维沟道的高斯长度，从而实现沟道电荷向浮栅存储层的超注入。在超注入机制下，电子无需“助跑”就可以直接提至高速，而且可以无限注入，不再受注入极值点的限制。

通过构建准二维泊松模型，团队成功在理论上预测了超注入现象，据此研制的皮秒闪存器件的擦写速度闯入亚1纳秒大关（400皮秒），相当于每秒可执行25亿次操作，性能超越同技术节点下世界最快的易失性存储SRAM技术。

这是迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术，实现了存储、计算速度相当，在完成规模化集成后有望彻底颠覆现有的存储器架构。在该技术基础上，未来的个人电脑将不存在内存和外存的概念，无需分层存储，还能实现AI大模型的本地部署。

十年磨一剑，做卡脖子领域的底层理论创新

给技术取名为“破晓”，寓意打破既有存储速度分级架构，迎接一个全新的存储时代。朝着这一目标，团队聚焦闪存技术的速度问题，由浅入深研究长达十年。

2015年，复旦硕士在读的刘春森在导师周鹏指导下开展的第一项研究就是闪存器件。他们深知，面对高筑的技术壁垒，若想在闪存这一卡脖子领域取得重大突破，唯有另辟蹊径、持续创新。

2018年，团队利用多重二维材料构建二维半浮栅闪存结构，将存取速度提升至10纳秒量级，这也是他们发表在纳米技术领域国际期刊Nature Nanotechnology上的第一篇闪存技术相关成果。不过，这项技术的器件结构仍较复杂，断电后，数据也只能保存十秒左右。

▲2018年 Nature Nanotechnology

2021年，他们尝试修正传统理论机制。基于FN隧穿这一闪存工作机制，团队首次发现了双三角隧穿势垒超快电荷存储机理，并研制出范德华异质结闪存，将存储速度提至20纳秒的同时确保了数据存储的非易失（数据保存可达10年），成果再登Nature Nanotechnology。

▲2021年 Nature Nanotechnology

但这两项成果与团队期待的颠覆性创新仍有一定差距。时至今日，刘春森还时常会翻出1967年施敏博士（Simon Sze）和江大原（Dawon Kahng）在美国贝尔实验室提出浮栅晶体管概念所发表的论文，反复阅读这篇为闪存技术奠基的经典之作。

“60年过去了，如果还是沿着传统理论，或者靠换材料碰运气，很难做出颠覆性成果。我们一直在思考，能不能致敬前辈提出一个全新的闪存工作机制？”刘春森说。

于是，团队决心从底层理论机制着手创新。2021年底，他们基于高斯定理进行理论创新有了初步把握，最终在2024年构建起了准二维泊松模型，经过测试验证，迎来最终的“破晓”时刻。

回想自己如何从早期研究领域的多线并行转变为专注于闪存技术研究，刘春森觉得：“当你意识到什么是真正有价值的东西的时候，你就要开始聚焦，一头扎到底。”

“双腿”并行推动原型器件集成落地

衔接起实验室成果与产业化需求，确保理论创新与应用转化能够“双腿并行”，是周鹏-刘春森团队在研究中相互交织的两条主线。

“过去讲究理论创新，可能挖一个坑又换一个。如果你不往下多挖一步，把原型器件做到集成，产业界也不会接手完成这一步。”刘春森认为。

针对2021年的理论成果，团队在2023年发表的论文中验证了修正后的理论在其他半导体材料的通用性，并在2024年实现了最大规模1Kb纳秒超快闪存阵列集成验证，成功研发出物理沟道尺寸8纳米的超快闪存器件。

▲2023年 Nature Nanotechnology

▲2024年 Nature Electronics

正是依托这些前期完成的集成工作，此次研发的亚纳秒级原型器件得以向产业化落地加速推进。团队将“破晓”与CMOS结合，以此打造出的Kb级芯片目前已成功流片。下一步，他们计划在3-5年将其集成到几十兆的水平，届时可授权给企业进行产业化。

作为智能时代的核心基座，存储技术的速度边界拓宽或将引发应用场景指数级的革新，并成为我国在人工智能、云计算、通信工程等相关领域实现技术引领的“底气”之一。这场突破极限的挑战，未完待续。

复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、芯片与系统前沿技术研究院刘春森研究员和微电子学院周鹏教授为论文通讯作者，刘春森研究员和博士生向昱桐、王宠为论文第一作者。研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金人才类项目、上海市基础研究特区计划、上海启明星等项目的资助，以及教育部创新平台的支持。（复旦大学微电子学院）

2.《Nature Biomedical Engineering》刊发华中科技大学团队超凝胶传感器最新成果

近日，华中科技大学集成电路学院臧剑锋教授领导的先进医疗器械交叉研究团队取得重要突破，开发出一种全新的超声植入式超凝胶传感器（Metagel传感器），为内部组织损伤康复监测提供了柔性、可降解、无线的新方案。相关研究成果以题为《An implantable hydrogel-based phononic crystal for continuous and wireless monitoring of internal tissue strains》，于2025年4月14日在线发表于《Nature Biomedical Engineering》期刊。该传感器完全由柔软的水凝胶材料构成，内部嵌入数百个空气微孔，形成特殊的声子晶体结构。当人体组织发生拉伸或振动时，传感器结构会发生微小变形，进而引起其声带隙频率的改变。通过体外的超声探头即可实时接收并分析回波信号，准确反映体内组织的应变状态，实现无需电池、无金属、无芯片的连续无线监测。华中科技大学博士田野，杨月莹，唐瀚川为论文共同第一作者，臧剑锋教授、唐瀚川副教授、尹周平教授以及西南大学徐立群教授为共同通讯作者。

近年来，伴随高强度运动、不规律作息及不良饮食习惯的普及，组织损伤和心血管疾病的发病率显著上升。如何实现对人体内部组织状态的连续、精准和无创监测，成为生命健康领域的重大挑战。

本工作提出了一种创新的Metagel传感器，它像是一架植入体内的“水凝胶风琴”：在果冻一样柔软的水凝胶中规则排列的空气孔结构，就像风琴中有序排列的音管。当体内组织发生运动或拉伸时，这架“风琴”会随之变形，改变其声波共鸣的“音调”。体外的超声探头就像聆听的耳朵，能准确捕捉到每一次“音调”的变化，从而实时感知心跳、呼吸、伤口愈合等内部生理活动。无需电池、无需芯片，这架“风琴”悄无声息地演奏着身体的健康旋律，成为了连接医生与体内信号的桥梁。

可植入“水凝胶风琴”照片

研究团队通过在猪体内进行为期30天的植入实验，成功监测到了肌腱拉伸、呼吸、心跳及伤口愈合等过程，验证了该器件的长期稳定性、生物相容性与可降解性。尤其值得一提的是，研究人员还将生长因子加载于Metagel中，实现了不同愈合速度下的伤口动态监测，展示出其在康复评估、药效评价、慢病管理等方面的广泛应用前景。

论文通讯作者，华中科技大学集成电路学院臧剑锋教授表示：“这项技术为体内深层伤口的康复监测，提供了一种无创、长期的体内监测方案。或许在不久的将来，患者在接受手术后将无需再频繁地回到医院进行复查，足不出户即可对自身康复状态进行实时监测。”

该成果不仅突破了传统电子植入式器械在材料生物相容性、无线传输和可降解性方面的技术瓶颈，也为今后开发更加柔软、安全、智能的体内传感器提供了全新思路。目前，团队正在与临床机构密切合作，推进该技术在肌腱康复监测、心血管疾病预警、术后康复管理等多领域的转化应用，持续推动健康监测走向柔性化、智能化和个性化。该研究得到国家自然科学基金原创探索计划项目、面上项目，中国博士后科学基金，华中科技大学交叉研究项目，太湖创新基金的资助支持。

图3. 超凝胶应变传感器的系统设计

柔软可变形的超凝胶传感器仅由水凝胶材料和插入其中的空气孔结构组成，通过外部超声探头检测超凝胶的声学带隙频移来检测应变。

图4. 超凝胶应变传感器的传感机制

超凝胶应变传感器由柔软的水凝胶和插入其中的密封空气孔结构组成，空气孔结构的尺寸和形状与超凝胶的声学带隙相关联。

图5. 超凝胶应变传感器的传感性能

超凝胶应变传感器在无线传感场景中，可以实现对0.3%微小应变的灵敏检测，同时在2000次的循环拉伸中保持了稳定的频移监测。

图6. 在离体动物组织上测试超凝胶传感器的应变传感功能

在离体动物组织上，超凝胶传感器实现了对肌腱拉伸，外部敲击，肌腱损伤，猪皮伤口以及心脏跳动的频率和幅度的无线连续监测。验证了超凝胶应变传感器在生物医学领域广泛的应用场景。

图7. 超凝胶应变传感器的生物相容性/可降解性能

得益于超凝胶传感器的全水凝胶设计，传感器在生物相容性和生物可降解性方面表现出色。超凝胶传感器在植入后12周的时间内可自然降解，无需二次手术进行取出。

图8. 超凝胶传感器在活体巴马猪模型中实现了对肌腱康

复的监测，和对呼吸、心跳等重要生理参数的监测功能

超凝胶传感器在植入活体巴马猪一个月的时间里，保持了稳定的肌腱拉伸监测功能。如果将超凝胶传感器植入在活体巴马猪的受损肌腱上，则可以连续无线地监测肌腱的康复情况。另外，超凝胶传感器也可以用于连续无线地监测呼吸、心跳等重要生理活动所产生的机械应变信号。

团队简介

臧剑锋教授于2014年入选国家级青年人才计划并加入华中科技大学，其专注于医工交叉的基于智能软材料的创新医疗器械研究，研究方向包括柔性电子、植入式器件与磁医用机器人。近年来，取得了一系列代表性的科研成果，提出了面向医疗健康应用的声学软材料理论，提出了自然聆听仿生耳蜗设计原理，开发了血管内机器人化栓塞技术。获湖北省自然科学奖二等奖、国际先进材料学会2023年度科学家奖章，英国皇家化学会会士FRSC，发表Nature, Nature Materials, Nature Biomedical Engineering, Science Robotics, Science Advances, Nature Communications（3篇）等90多篇论文，申请发明专利40余项，授权发明专利30余项。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金原创探索计划项目等国家或重点企业项目10余项。担任中国工程院院刊《Engineering》青年编委、柔性电子ISFSE 2017/2018、软体机器人SoRo 2019/2020等国际国内会议共同执行主席,受邀国际国内学术会议邀请报告40余次。本课题组欢迎不同背景（尤其是电子、光电、机械，材料，生物医学工程等）的优秀博士生/硕士生/硕士生/本科生申请加入研究团队！同时招聘研究助理及博士后。希望不同背景的我们，能够在团队内碰撞出思维的火花，为了同一个目标努力，一起快乐地做有意思且有意义的科研工作！（HUST集成电路学院）

3.小米汽车电池车身一体化专利获授权提升安全性与续航里程

4月15日，小米汽车科技有限公司申请的“电池及车身一体化结构、车辆”专利获授权。

App显示，该专利所述的电池及车身一体化结构包括车身和动力电池包，车身包括两个门槛梁，两个门槛梁沿车辆的左右方向间隔设置，每个门槛梁上均设置有电池包安装部；动力电池包包括电池包壳体，电池包壳体包括壳主体和横梁，壳主体与电池包安装部连接，横梁沿左右方向延伸并位于两个门槛梁之间，横梁集成在壳主体的顶部并与车身连接，壳主体的顶部用作车辆的地板面板。