当下，人工智能技术飞速发展，算力与能效需求持续走高，传统存储设备的功耗高、存储密度有限等问题愈发凸显，成为制约行业发展的关键短板。近日，美国宾夕法尼亚州立大学研究团队取得重磅技术突破，将合成 DNA 与半导体材料钙钛矿相结合，研发出一款全新的生物 — 电子存储设备，成功把 DNA 的海量信息存储能力与钙钛矿的优异电子性能融为一体，在实现存储密度大幅提升的同时，功耗仅为传统存储设备的百分之一。
DNA 作为自然界中极具潜力的信息存储系统，其存储能力早已被科研界认可，每克 DNA 可存储高达 2.15 亿 GB 的数据，这是传统存储介质难以企及的高度。但长期以来，如何实现 DNA 与电子设备的高效对接，将其天然的存储优势转化为电子领域的实际应用，一直是科研人员亟待攻克的难题。此次宾夕法尼亚州立大学团队的研究，正是精准破解了这一核心痛点，实现了生物材料与半导体材料的高效耦合，让 DNA 的存储潜力真正走进电子存储领域。
在研发过程中，团队并未直接采用天然 DNA，而是选择了经过精心设计的合成 DNA 链。天然 DNA 有着类似 “湿面条” 的纠缠结构，难以实现精密构造，而合成 DNA 片段短而坚固，能够在纳米尺度完成精准的结构搭建。研究人员先将银纳米粒子精准 “植入” 定制的合成 DNA 链中，再通过掺杂工艺将其与钙钛矿薄膜融合。这一操作不仅让原本不具备导电能力的 DNA 拥有了稳定的导电特性，还有效提升了其单元排列的结构有序度，为电子的稳定传输搭建了良好的基础。
实际测试数据充分验证了这款新型设备的优异性能。掺杂银和钙钛矿的 DNA 形成了独特的 “生物 — 电子混合通道”，仅需施加低于 0.1 伏的电压，电子就能稳定流过，面对电流方向的切换，设备也能做出快速响应；在稳定性方面，该设备可在室温环境下持续稳定运行超过 6 周，这一表现远超同类钙钛矿存储器；而在核心的能效与存储维度，其功耗降至传统存储设备的百分之一，存储密度却实现了反向提升，一举解决了传统存储设备高功耗、低密度的行业痛点。
从设备本质来看，这款新型生物 — 电子存储器属于忆阻器，这也是其区别于普通电阻的核心特征。普通电阻断电后便会失去对电流相关信息的记忆，而忆阻器具备独特的 “记忆” 特性，断电后仍能保留电流方向信息，更重要的是，它能够在同一物理位置完成信息的存储与处理，真正实现了 “存算一体”。这一特性与人类神经元的工作方式高度相似，让信息处理过程更贴近生物大脑的运作逻辑，而这正是类脑计算发展所需的关键硬件条件。要知道，类脑计算是突破传统冯・诺依曼架构 “存算分离” 局限的重要方向，其对高能效、存算一体的硬件设备需求迫切，这款新型忆阻器的出现，无疑为类脑计算的实用化、智能化发展打开了新的想象空间。
当前，数据中心、智能计算设备等应用场景对低功耗、高密度存储设备的需求与日俱增，人工智能的进一步发展也对存储技术的能效和性能提出了更高要求。此次生物 — 电子存储设备的研发成功，不仅为低功耗存储设备研发开辟了生物与电子融合的新路径，更让行业看到了生物材料与半导体材料跨界融合的巨大潜力。未来的存储设备研发，或将不再单纯依赖硅基材料，经工程改造的生物分子结构，有望成为高端存储设备研发的重要方向。
接下来，该团队将继续优化这一技术路径，进一步提升设备的各项性能指标，同时探索更多生物启发电子应用的新可能。从仪器设备行业发展的角度来看，这项研究为存储领域的技术创新提供了全新范式，生物与电子的跨界融合，或将成为未来高端仪器设备研发的重要趋势。随着相关技术的不断成熟与落地，有望推动整个存储行业乃至人工智能硬件领域的新一轮技术升级，为数字经济的高质量发展注入强劲的技术动能。