Недавно вном научном журнале Nature была опубликована статья, в которой ученые из Университета Фудань представили результаты своей работы над самым ыстрым в истории устройством флеш-памяти.
Этот прототип, получивший поэтическое название «Рассвет» (Poxiao), демонстрирует невероятные характеристики: скорость записи и чтения составляет всего 400 пикосекунд.
Для сравнения, это в 100 000 раз быстрее, чем традиционная кеш-память, что открывает новые горизонты для технологий хранения данных.
Долгий путь к прорыву
Работа над этой инновационной флеш-памятью началась в 2015 году. В 2021 году команда ученых предложила базовую теоретическую модель, а в 2024 году они представили прототип, который использует канал длиной всего 8 нанометров.
Это достижение стало возможным благодаря преодолению физического предела, установленного для стандартных кремниевых флеш-устройств, который составляет около 15 нанометров.
Однако, как подчеркивают исследователи, размеры устройства — это лишь один из аспектов. Главное достижение заключается в его беспрецедентной скорости работы.
Проблемы традиционной памяти
Учёные акцентируют внимание на том, что классические технологии памяти, основанные на управлении транзисторным каналом с помощью электромагнитного поля, имеют серьезные ограничения.
Для того чтобы электроны могли перемещаться в ячейку памяти или покидать её, их необходимо «разогнать». Этот процесс, как показывает практика, оказывается медленным и неэффективным по современным меркам.
Мало что изменилось в этой области с момента изобретения полевого транзистора более 60 лет назад. Следовательно, для достижения необходимых скоростей требуется применение совершенно новых физических принципов.
Новые материалы — новые возможности
Китайские исследователи предложили использовать в качестве каналов графен и диселенид вольфрама (WSe₂) — так называемые двумерные полупроводники.
Оба материала обладают уникальными свойствами, которые позволяют значительно ускорить движение электронов.
Распределение электромагнитного поля вдоль этих каналов создаёт условия, при которых электроны поступают в ячейку памяти с высокой энергией, что в свою очередь минимизирует потери энергии.
Графен, в частности, считается дираковским материалом, в котором электроны подчиняются квантовым уравнениям Дирака. Это позволяет «горячим» электронам и дыркам быстрее перемещаться в ячейку памяти, что приводит к резкому увеличению скоростей записи и чтения.
Работу, описывающую субнаносекундную флеш-память сD-улучшенной инжекцией горячих носителей, можно найти по следующей ссылке, и она доступна для свободного чтения.
Технические характеристики и перспективы
В новой флеш-памяти используется тонкий 2D-канал, который оптимизирует распределение горизонтального электрического поля, что повышает эффективность инжекции.
Ток инжекции достигает 60,4 пА/мкм при напряжении 3,7 В, а память выдерживает более 5,5 миллиона циклов записи и стирания. Скорости записи и чтенияны и составляют по 0,4 нс для каждого режима.
Однако стоит отметить, что текущая ёмкость прототипа составляет всего 1 килобайт.
Тем не менее, команда ученых планирует увеличить ёмкость до десятков мегабайт в течение следующих пяти лет, получить необходимые лицензии и начать массовое производство коммерческих экземпляров.
Заключение
Разработка флеш-памяти с такой высокой скоростью работы открывает новые горизонты для технологий хранения данных. Это может привести к значительным изменениям в различных областях, включая облачные вычисления, мобильные устройства и высокопроизводительные вычисления.
Мы с нетерпением ждем дальнейших новостей от команды Университета Фудань и надеемся на скорое внедрение этой революционной технологии в повседневную жизнь.