Исследователи создали новое запоминающее устройство на основе одноэлектронного хранения данных. Оно может сделать передачу данных более быстрой и энергоэффективной.
(Изображение предоставлено: aire images vua Getty Images)
Каждый раз, когда вы отправляете сообщение, делаете фото или публикуете пост в социальных сетях, бесчисленное множество электронов выполняют сложную работу за кулисами, обрабатывая входные данные и сохраняя эту информацию. Но исследователи из Китая создали новый чип, в котором для хранения данных используется всего один электрон.
В исследовании, опубликованном 16 июля в журнале Science, ученые продемонстрировали двумерный (2D) чип флэш-памяти, который может удерживать одиночный электрон при комнатной температуре, снижая энергозатраты на обработку данных.
Устройство получило прозвище «Гуйи», что в китайском буддизме означает «возвращение к единому». Это отсылка к тому, что для передачи одного бита теоретически достаточно одного электрона. South China Morning Post называет его «Святым Граалем полупроводниковой промышленности».
Более сильный сигнал от одного электрона
По мнению ученых, эта технология может стать настоящим прорывом, поскольку она обещает решить проблемы, связанные с энергоэффективностью, скоростью и стабильностью, в одном устройстве.
«В эпоху искусственного интеллекта наши требования к скорости хранения данных, их объему, энергоэффективности и стабильности вышли на новый уровень», — заявил соавтор исследования Чунсен Лю, инженер из Университета Фудань, в интервью государственной газете China Daily. «Возможность хранить один бит информации, изменяя состояние одного электрона, значительно снизит энергопотребление и откроет путь к гораздо большей емкости хранения данных».
(Изображение предоставлено: agung fatria viaGetty Images)
Согласно исследованию, в конце 1990-х годов учёные пытались хранить данные с помощью одного электрона, но сигнал, или электрический импульс, возникающий при захвате электрона, был слишком слабым, чтобы его можно было чётко зафиксировать. Они сравнили это с попыткой уловить рябь от одной капли дождя, упавшей в водоём.
Чтобы решить эту проблему, команда разработчиков создала микросхему флэш-памяти Guiyi 2D со слоем графена перед плавающим затвором — ловушкой, которая может удерживать электроны и сохранять данные даже после отключения питания.
Электроны могут перемещаться по одноатомной гексагональной решетке графена с очень низким сопротивлением и на высокой скорости с минимальными потерями энергии. Этот слой графена позволяет электронам ускоряться перед тем, как они попадают в плавающий затвор, где и остаются.
В результате получился более мощный электрический импульс от одного захваченного электрона, который дал сигнал в 0,5 вольта — в 10 раз мощнее, чем при предыдущих попытках захвата одного электрона, по словам исследователей.
Лю рассказал China Daily, что Guiyi может ускорить передачу данных между вычислительными устройствами и хранилищами. «Это значительно сократит задержки при передаче данных, повысит эффективность вычислений и поможет расширить применение искусственного интеллекта в различных отраслях», — сказал он.
Задача масштабирования
Guiyi - еще один пример того, как "исследователи изучают архитектуры новых устройств для преодоления сегодняшних узких мест в памяти", вызванных искусственным интеллектом (ИИ), Эндрю Хамфрис, профессор наноизображений в Университете Бристоля и основатель компании Infinitesima, занимающейся метрологией полупроводников, сообщил Live Science по электронной почте.
Из-за спроса на рабочие нагрузки искусственного интеллекта и большие языковые модели возникла разница в производительности между процессорами и памятью, что замедлило передачу данных. В то же время три производителя чипов, доминирующие на рынке флэш-памяти NAND — Samsung, SK hynix и Micron — не уделяют должного внимания этой форме энергонезависимой памяти, которая сохраняет данные при отключении питания.
Вместо этого они наращивают объем памяти с высокой пропускной способностью. Это привело к дефициту NAND-памяти и росту цен. Такие технологии, как Guiyi, которые обещают ускорить передачу данных, могли бы восполнить этот пробел.
Несмотря на то, что Guiyi — это убедительное доказательство концепции, коммерческое использование — совсем другая история. Хамфрис предупредил, что настоящая проблема будет заключаться в масштабировании, заявив, что «научный прорыв может преобразовать отрасль только в том случае, если его можно будет воспроизвести надежно, многократно и с минимальными затратами».
Он привел в пример производителя компонентов ASML, чья технология экстремального ультрафиолетового излучения (EUV) получила широкое распространение в полупроводниковой промышленности. Ее используют такие компании, как Intel и Samsung, для производства 3- и 5-нанометровых чипов. ASML потребовалось более двух десятилетий, чтобы вывести технологию EUV из исследовательской лаборатории в коммерческое производство — это намного дольше, чем предполагала компания.
«Компании, которые будут разрабатывать следующее поколение ИИ-чипов, будут не просто обладать лучшими технологиями, — добавил Хамфрис, — но и смогут производить их в больших объемах и по разумной цене».
Тем не менее у команды, возглавляемой первым автором исследования Чжоу Пэном, профессором микроэлектроники в Университете Фудань, амбициозные планы. Как сообщает South China Morning Post, в июне он рассказал газете Jiefang Daily (официальной ежедневной газете Шанхайского муниципального комитета Коммунистической партии Китая), что в конце этого года они планируют создать компанию, которая в течение трёх-пяти лет выведет технологию на рынок. По его словам, если у них всё получится, это может «встряхнуть» рынок флеш-накопителей.
Пишет livescience
.png "Получай новости на почту. Подписаться")