8月6日上午，2025未來科學大獎獲獎名單揭曉。

季強、徐星、周忠和獲得“生命科學獎”；方忠、戴希、丁洪獲得“物質科學獎”； 盧志遠獲得“數學與計算機科學獎”。

在下午的群訪中，盧志遠博士向記者科普了閃存相關原理、最新應用場景，以及更多需求帶來的技術挑戰。以下是采訪實錄：

Q：

咱們說的閃存和傳統的硬盤、內存在原理上有什么區別？

A：
那么我們閃存跟傳統硬盤（硬碟）還有內存確實有很大的區別。那么我先講傳統硬盤是用磁的原理，磁性（Magnetic）的原理，它經磁的里面的材料的導向為上或者下，就決定0跟1，所以它是用磁的原理。

那么內存它是用什么？它內存我們在英文講叫做 DRAM（DynamicRandom Access Memory，動態隨機存取存儲器），它是用一個全系統（FullSystem），就是一個晶體管（Transistor）加上一個電容器（Capacitor），那么形成的這樣的一個結構。那么它有電的時候它可以存可以寫，可以做這些動作，可是如果電源一拿掉以后，它就所有的data（數據）都不見了。那么我們閃存所以叫做閃（Flash），為什么叫做閃存？

它在寫進去是一個寫進去的，我們把一個電子擺到一個盒子里面一樣的東西擺進去，它就叫做0，沒有擺進去就叫做1。有電子跟沒有電子就當做0、1的劃分。但這樣子動作很慢，寫進去要拿出來，就好像我們寫字你寫一個字，你要把它擦掉，用個橡皮擦把它擦掉，擦一個字寫一個字，擦一個字很慢，因為你要重寫的時候你就要擦掉它。

那么所謂閃存是它去把它擦掉的時候，不是一個把它擦掉的，它是可能一塊區間可能有1000個，他一次就把它擦掉了，那么所以它叫做“閃”，好像閃電一樣子這么快能夠把它擦掉擦干凈，讓我存進去就可以又重新寫了，這個就叫做閃存，這個名字是這樣來的，ok。

所以這三者（硬盤、內存、閃存）所用的物理的原理是完全不同的：一個用磁的材料，一個是用一個結構，這個叫做一個晶體管加上一個儲存器加上一個電容器（指DRAM的結構），我們這個（閃存）是完全的只要一個晶體管，一個做特殊一點的材料的晶體管就可以完成的工作。所以這是三者的區別。

Q**：**
好的。另外我們說到閃存，我們很重視它的閃存的一個次數和它的一個容量，它的密度，就是決定它的閃存次數和容量密度的關鍵因素是什么？

A**：**
是的，剛剛我們講你很注重它的密度，就是說在一定的空間一定的大小，它能擺更多的東西，比別人的擺的更多，所以你就要做得更小，對不對？你的每一個單元（element）都小的話，你整個閃存比如說你是一個7Gb（70億位）這一個7Gb就變得小一點，如果你每一個都大，你整個就大了。

所以第一個我們就是工藝要越做越小，根據摩爾定律（Moore'sLaw）它能夠做得更小，就是閃存能夠在這個密度上能夠進步的原理。

第二個你剛剛講它能夠次數能夠多。因為這個東西一寫，也就說就像我們在一個白紙上面寫字，然后你用橡皮擦把它擦，一直擦這個紙，后來都擦壞了，擦破掉了。所以我們就希望你每次擦的時候，不要太用力，不要把它弄壞。如果弄壞的時候能不能修好了？這個紙能不能夠把它能夠不要擦破了？這些工藝就是我們這次的得獎項目里面，大家有討論了。平常擦寫1萬次，差不多這個紙就會破掉了，壞掉了。

可是我們用了一個新的方法，ok新的發明可以做到1億次甚至10億次，100億次都不會壞。我們看它壞了一點，我們就會自己把它修復，我們叫做自我修復（self-healing）。自我修復，就像很多東西你用久了它就壞掉，可是你在用的過程中能夠把它修一修，它就永遠不會壞掉。所以你剛剛問的問題，它的關鍵因素就是什么？常常就是說我們對它的機制，對他的材料都有充分的理解，我們就找到這個訣竅能夠把它改正。

所以這個里面其實牽涉到不少的科學問題的解決。

Q：
自我修復它為什么能夠自我修復？它修復的大概是怎樣一個過程？我們需要付出什么，讓它能夠自我修復？

A：
它當初是怎么操作的？

當初你要把一個東西（電子）擺在盒子里面去，我們是怎么盒子擺進去的？其實我們是一個穿墻人，我們是用量子的穿隧效應（QuantumTunneling Effect）。一個房子，這個沒有門沒有窗，可是我能夠跑進去又跑出來，這個就是量子穿隧了。所以你要能夠進去的時候，你要很用力這樣一闖，撞到那個墻一撞你就過去了，撞進去了。然后你要出來的時候怎么樣？也是這樣一闖就闖出來了。但是一直闖墻壁不是就破掉了？到最后墻壁就壞掉了。剛剛我講的你要進進出出，你有門哪可以從門走進去，那你沒有門，本來是應該不能走的。剛剛我們講的物理原理就是說在量子的時代有一個原理就是叫做穿隧效果，像穿墻人一樣，它可以這樣穿過去，但是穿太多次也把墻就壞掉了。

既然是這樣子，什么東西壞掉？墻壞掉了，對不對？我們能把墻快要壞掉的時候就把它修修好，它又可以重用了，就可以得到重新的生命就可以了。

那墻壞掉要怎么把它修好？我們加熱。你如果熱的話，墻里面的原子被它撞歪的，全部都可以趁熱的時候調整一下位置，就把它的位置又修好了，就像新的一樣了，重新重生了。所以我們利用這樣的一個原理，把你快要被弄壞掉的墻里面的原子都已經被你撞得七歪八倒的，都把它扶正以后，它又像新的一樣就這樣子。

本來說1萬次快就要完蛋了，我們做了5000次的時候，我們就把它修一修，它又像新的一樣，你永遠5000次它就永遠不會壞。我們做的實驗我們用到1億次它都不壞，我們不知道它哪一天會壞。所以美國的《IEEE Spectrum》雜志上就是說“FlashForever”（閃存永生），永遠的閃存。一直用怎么都用不壞，就達到了這樣子的效果。

Q：
現在還有一個，我們現在的數據存儲有很多的不同的需求。有的是像這種需要不停的擦寫，但是也有一種現在冷數據（Cold Data）的處理好像也很受重視。閃存可能會被包括電存儲、磁存儲都認為好像不如光盤（OpticalDisk）穩定和省電。目前這階段這是我們需要解決的問題嗎？

A：
是的。剛剛我們講它要滿足很多，它要能夠擦能夠寫都很好。但是有一種叫做冷存儲（ColdStorage），數據儲存。冷是什么意思？冷就是說我不擦也不寫了，我寫進去以后我就不動了。就像你照一張照片具有紀念性，ok，對不對？你用一個手機照一個照片，你再也不要變了，你就擺在那邊了，是不是？這就叫做冷，因為你不再去用它了。什么叫熱？熱就一直去弄它。你不去弄它，你也不要擦進去（改寫），我就擺在那邊。所以這種用途用閃存，你就怕他的這個數據會不會掉？擺在光盤里面好不好？其實光盤更不穩定。光盤很溫度一高，你把一個光盤擺在你的汽車里面，你擺著來看，擺在汽車里面，給太陽一曬都壞掉了。你如果那個音樂就會給你唱出很怪的歌來，所以光盤并不是一個好的解決。

其實我們用閃存的方法是很好的。閃存只有對一個存儲是對抗不過，到現在還對抗不過，就是什么？就是硬盤。硬盤最兇悍。可是硬盤太重了，硬盤還有一個最大的缺點，硬盤怕沖撞。因為它是用一個一個針這樣子跑的，你知道嗎？那個是一個磁性的（Magnetic）東西，它只要一沖它就就跑偏（out oftrack）了。所以通常硬盤就擺在一個大的器件里面，不要動你，帶著它追趕跑跳碰的話，絕對不行，還是閃存才行。

閃存要把它的命變長，剛剛我們因為為什么我們那樣子的一個發明很重要？譬如你現在一閃存的東西記憶的東西，你把它送到火星去了，你把它送到太空去，它壞的話你能不能換一個？太麻煩了，我的天哪還要上太空去換它。我們就用這個方法，我們用電訊號（ElectricalSignal），他自己就在那邊修復。他身體不好了，他就身體把它修修好它就好了，這就是我們剛剛那樣子的一個東西的有趣的地方了。或者你今天擺到喜馬拉雅山上面的人工AI站壞了還要上去修？我們看這么多的5G、6G的工作，這個點（站點）也是很多都擺在很荒野的地方，要去修都很難的。所以我們有這個東西可以自己修，那就很有用。還有它變成國防的武器，武器的東西也是到了很惡劣（harsh）很糟糕的環境之中了，一般那很容易壞。那但是你如果有自我修復的能力，你就可以把壞的東西又給它修好了，要不然這東西還要送回后方來修，那工程太大了。

所以剛剛你講的這個問題，其實我們都有一定的解決方法。但是最大宗的用到閃存的現在還是消費性產品（ConsumerProducts），像我們手機里面用的最多，每個人都有很大的閃存在你的手機里面。都是說今天128GB（Gigabyte，吉字節），這就是多少的一個閃存在里面。那么這個東西它的環境不是很惡劣，因為跟著你走的，它不會到零下40度，那人都凍死了，它也壞掉了。通常我們都可以在零下40度可以存活（Operate），人都已經凍僵了，我們閃存不會壞。然后到125度它也不會壞，這個擺在汽車里面，汽車太陽再怎么照，引擎再怎么熱，通常還沒到125度了。125度水都煮開了，變成沸水了，那樣子的溫度之下，我們閃存還可以工作（work）。所以其實閃存的，剛剛你講的可靠性跟它的穩定性是越來越進步了。現在上火星、上月球去的太空船（或設備）里面都裝了特別的閃存，都可以活過來（正常工作）。

Q:
它的自我修復其實就是費一點電就可以了是吧？

A：
對，你給它供電（PowerSupply）擺在里面，它到時候它就自己修一修了，就這樣。

Q:
好的。目前的太陽能就是太空中自然的陽光照射可以供應電嗎？

A：
對。其實它還有一個怕的。我們在這個環境里面還有一個最兇的，就是跑到太空去的時候，或者打核子大戰，兩個國家打核子大戰的時候，原子彈爆發以后，還有太空的宇宙射線（Cosmic Ray）都是非常具殺傷力的。一般的IC（集成電路，IntegratedCircuit）我們講集成電路，碰到就會失效。那么閃存會不會失效？閃存也會失效。所以我們所有的IC都要想辦法怎么應付。核子大戰的時候，輻射（Radiation）射出來，或者你送到很高（空）的時候，碰到叫宇宙射線（Cosmic Ray）的粒子（particle）給我打到會不會壞？所以這個方面也是我們特別研究。但是我們知道這個的研究現在只是優化，并沒有真正解決，大家都沒有真正解決。這個是一個很值得再去探討的方向。

Q:
很有意思。有沒有能不能透露一下大概可能往哪個方向去解決？

A：
這就是看這個材料了。因為我們所有IC里面用的最長的最重要的一個元素，二氧化硅（SiliconDioxide），我們國內是叫做硅了，二氧化硅。二氧化硅這個東西最怕剛剛我講的宇宙射線（Cosmic Ray），它一打進去的時候，它就會generate（產生）會產生電荷。剛剛我們講你那個里面有一個電子就是說叫0，沒有電子就叫1。如果它會自我產生（電荷）的話，那不是就亂了套了嗎？大家都亂了套了。

所以我們現在就是說不用二氧化硅用什么？在現在目前二氧化硅是做東西最好用，而且也最便宜的一個硅材料的IC的東西。你知道硅為什么這么好？他有一個最好的伙伴就是二氧化硅。這兩個人是最好的伙伴，一個是導電，一個是不導電。這樣子的話可能硅跟二氧化硅就要被什么換掉？我們用什么其他的材料能夠比較不怕輻射（Radiation），不怕這輻射。那么其實大家也在是一個非常熱門有趣的題目了。

本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品

受訪人：盧志遠

審校：陳虔 北京航空航天大學軟件學院 教授

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 科普中國創作培育計劃

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