这款芯片，700°C也能稳定运行超50小时

高性能电子设备长期以来都面临着同一个致命弱点：极端高温。对于为灼热环境设计芯片的工程师而言 ，无论是地壳深处还是金星表面，电子器件通常在温度超过约200摄氏度时就会失效。南加州大学的一项新研究表明，这一壁垒终于有望被打破。

南加州大学维特比工程学院的研究人员研发出一款电子存储器件，其工作温度远超此前已知的热极限。实验中，该器件在700摄氏度的环境下仍保持稳定，这一温度比熔岩还要高，且未出现任何性能衰减迹象。“你可以称之为一场革命。” 南加州大学明谢电气工程与计算机科学系 Arthur B. Freeman 讲席教授、该项发表于《科学》的研究资深作者 Joshua Yang 表示，“这是目前已验证的性能最优异的高温存储器。”

这一突破依托一种名为忆阻器的纳米级元件，它既能存储数据，也能处理数据。研究团队的设计采用了Yang所说的 “三明治” 结构材料：顶层为钨，中间层为氧化铪，底层则是单原子层石墨烯。每种材料都各司其职：钨的高熔点赋予器件耐用性，氧化铪作为陶瓷绝缘体提供稳定性，而石墨烯的强耐受性与独特化学特性则能防止器件在极端高温下发生短路。

该研究第一作者 Jian Zhao 表示，这款器件在 700 摄氏度下无需刷新即可保存数据超过 50 小时，可承受超 10 亿次开关操作，且仅需 1.5 伏电压就能以纳秒级速度运行。重要的是，研究人员始终未测试出器件的失效临界点，限制因素其实来自测试设备本身。

这项研究尤为值得关注的一点是，这一发现纯属偶然。“说实话，和大多数重大发现一样，这是个意外。”Yang 说道。团队当时正基于石墨烯结构开展另一方向的实验，却意外发现了这一效果。后续通过先进显微成像、光谱分析与量子级模拟的解析，揭示了其工作原理：石墨烯不会与钨发生化学键合，从而阻止了金属原子迁移，而这正是高温电子器件通常损毁的核心原因。

Yang 团队认为该发现拥有广泛应用前景。航天机构长期以来一直在寻求可在500摄氏度以上工作的硬件，这一温度接近金星地表温度。如今其原型器件已能在700摄氏度稳定运行，这项技术可用于行星探测器、地热钻探系统或核反应堆，实现现场计算，而非依赖远程控制系统。

该技术在人工智能领域同样潜力巨大。忆阻器可通过欧姆定律支配的直接物理过程完成矩阵乘法，这也是绝大多数 AI 算法的基础运算，相比传统芯片，其执行此类运算时功耗更低、速度更快。“像 ChatGPT 这类 AI 系统中，超过 92% 的计算都只是矩阵乘法。”Yang 表示，“这类器件能以最高效的方式完成该运算，速度快上数个数量级，同时能耗更低。”

Yang 已与三位合著者联合创立了一家名为 TetraMem 的初创公司，致力于将基于忆阻器的 AI 硬件实现室温场景商业化。不过他也坦言，实用化系统仍需时日。“这只是第一步。” 他说，“前路依然漫长。但从逻辑上看，你会发现：可能性已经打开，此前缺失的关键部件终于被攻克了。”

器件所用的钨与氧化铪两种材料已是半导体制造中的标准材料，而台积电、三星等企业也在持续推进石墨烯的工业化生产。对Yang而言，这一成果的意义远不止技术突破。“太空探索从未如此真实、如此贴近，且规模如此宏大。” 他说，“这篇论文标志着向着更广阔、更激动人心的前沿领域迈出了关键一步。”