Всего один электрон вместо 200 тысяч: Китай разработал ультракомпактную 2D-память на графеновом чипе

Учёные из Университета Фудань в Шанхае разработали двумерную флэш-память, способную хранить данные при комнатной температуре, используя всего один электрон. Это существенно снижает количество энергии, необходимой для обработки данных, и потенциально может позволить моделям искусственного интеллекта работать непосредственно на смартфонах. Самые современные устройства оперативной памяти (RAM), используемые сегодня, созданы для двух целей: хранения двоичных данных и предотвращения их превращения в шум.

Для этого микросхемам требуются большие резервуары электронов. По оценкам, для надёжного хранения одного бита информации необходимо около 200 000 электронов. Значительное уменьшение этого показателя позволило бы обрабатывать больше данных локально, а не полагаться на крупные центры обработки данных. Эта концепция существует уже давно, и было предпринято множество попыток её реализации, однако успех так и остался недостижимым.

Гуйи: возвращение к единому

Поскольку устройства памяти представляют собой своеобразные резервуары электронов, обнаружение отдельного электрона можно сравнить с поиском ряби, вызванной одной каплей воды в большом водоеме. Команда учёных под руководством профессора микроэлектроники Чжоу Пэна решила эту проблему, разработав двумерный флэш-чип с использованием сверхтонего графена.

Вдохновение для создания чипа было почерпнуто из китайской буддийской фразы, гласящей, что даже маленькое горчичное зернышко может вместить гору Сумеру, а все великие истины сходятся в единое целое. Команда Чжоу назвала свою технологию «Гуйи», что означает «возвращение к единому». Помимо демонстрации хранения данных на одном электроне, метод Гуйи помог подтвердить явления квантования напряжения программирования и самоограничивающего программирования.

Что дальше?

Эти квантовые эффекты могут обеспечить точную запись и считывание отдельных квантовых состояний, увеличивая объем информации, которую можно хранить на одном чипе. Поскольку эта технология способна коренным образом изменить способы хранения и использования цифровых данных, исследователи стремятся как можно скорее вывести её на рынок. Чжоу планирует основать компанию уже в этом году и коммерциализировать разработку в течение следующих пяти лет.

Двумерный чип — — не единственная разработка команды Чжоу в области памяти. В апреле прошлого года исследователи представили PoX — самое быстрое в мире энергонезависимое хранилище данных, а через шесть месяцев — платформу интеграции атомных чипов Changying. Changying позволяет интегрировать PoX с кремниевым оборудованием, создавая первый в мире гибридный двумерный кремниевый чип флэш-памяти.

Если эту технологию удастся успешно масштабировать для массового производства, она может стать основой нового поколения сверхэнергоэффективной памяти. Это откроет путь к созданию более компактных и производительных электронных устройств, способных выполнять всё более сложные вычисления без существенного увеличения энергопотребления.

Источник: Interesting Engineering