Китайские разработчики представили революционное устройство флэш-памяти

Исследователи из шанхайского Университета Фудань, разработавшие устройство флэш-памяти пикосекундного уровня, работают в своей лаборатории. [Фото: Гао Эрцян/chinadaily.com.cn]

Исследователи из шанхайского Университета Фудань разработали устройство флэш-памяти пикосекундного уровня с беспрецедентной скоростью записи 400 пикосекунд, что эквивалентно 25 миллиардам операций в секунду. Это значительно превышает существующие ограничения по скорости хранения информации.

Это стало самым быстрым полупроводниковым устройством для хранения заряда, известным человечеству на данный момент. По словам учёных, такой прорыв будет иметь важное прикладное значение для сверхбыстрой работы крупных моделей искусственного интеллекта.

«Это похоже на то, как если бы устройство могло работать 1 миллиард раз в мгновение ока, в то время как U-диск (жёсткий диск в форме USB) может работать только 1000 раз. Предыдущий мировой рекорд для подобной технологии составлял 2 миллиона», — сказал Чжоу Пэн, исследователь из Государственной ключевой лаборатории интегрированных микросхем и систем Университета Фудань и ведущий учёный исследовательской группы.

Статья об их исследовании устройства флэш-памяти под названием PoX была опубликована на сайте журнала Nature в среду.

Предел скорости хранения информации долгое время был важнейшим фундаментальным научным вопросом в области интегральных схем. Доказано, что заряд является оптимальным носителем информации, способным передавать огромные объёмы данных с поразительной скоростью и надёжностью, что заложило основу для процветания информационной эпохи.

Однако с наступлением эры искусственного интеллекта парадигма вычислений смещается в сторону моделей, основанных на данных, что требует прорыва в технологиях хранения данных для удовлетворения высоких требований к вычислительной мощности и энергоэффективности.

Из-за требований к вычислительной мощности и энергоэффективности, предъявляемых к вычислениям с использованием ИИ, скорость доступа к информации напрямую определяет верхний предел вычислительной мощности, а технология энергонезависимой памяти стала ключом к достижению сверхнизкого энергопотребления. Таким образом, по словам исследователей, прорыв заключается в преодолении ограничений скорости доступа к энергонезависимой памяти.

Самые быстрые на сегодняшний день виды памяти являются энергозависимыми, например, статическая память с произвольным доступом (SRAM) и динамическая память с произвольным доступом (DRAM). Предел скорости таких типов памяти примерно в три раза превышает время переключения транзистора, которое составляет менее 1 наносекунды. Однако потеря данных после сбоя питания таких видов памяти ограничивает их применение в сценариях с низким энергопотреблением.

В отличие от энергонезависимой памяти, представленной флеш-памятью, которая отличается чрезвычайно низким энергопотреблением, она не может удовлетворить потребности ИИ в сверхскоростном доступе к данным, поскольку скорость её работы с помощью электрического поля намного ниже скорости переключения транзисторов, как объяснили учёные.

Основываясь на инновационных физических механизмах устройств, команда Университета Фудань занимается исследованиями и разработкой высокоскоростной энергонезависимой технологии флэш-памяти.

Объединив двумерную структуру зон Дирака и характеристики баллистического переноса, а также модулируя гауссову длину двумерного канала, исследователи осуществили сверхинжекцию заряда канала в слой памяти.

«Традиционное поведение при инжекции имеет экстремальную точку инжекции, в то время как супер-инжекция — это бесконечная инжекция. Двумерный механизм супер-инжекции довёл скорость энергонезависимой памяти до теоретического предела, переосмыслив границы существующих технологий хранения данных», — сказал Лю Чунсен, ещё один исследователь из команды.

Флэш-память, известная своей экономичностью и широким применением, всегда была краеугольным камнем технологических стратегий международных технологических гигантов.

«Ожидается, что наш технологический прорыв не только изменит глобальный ландшафт технологий хранения данных, ускорит модернизацию промышленности и создаст новые сценарии применения, но и обеспечит надёжную поддержку Китая в качестве лидера в соответствующих областях», — сказал Чжоу.