Впервые ученые создали полнофункциональный чип памяти толщиной всего в несколько атомов и интегрировали его в обычные чипы. Этот прогресс может проложить путь к созданию более мощных и энергоэффективных электронных устройств.
Десятилетия инноваций сократили схемы на компьютерном чипе настолько, что в настоящее время инженеры могут упаковать миллиарды крошечных компонентов в одну кремниевую пластину размером с ноготь большого пальца. Но кремниевые чипы в настоящее время достигают физических пределов того, насколько маленькими они могут быть, сохраняя при этом надежную работу. Решением являются двумерные (2D) материалы, которые представляют собой всего один слой атомов толщиной, который можно уменьшить еще больше и которые обладают превосходными электронными свойствами.
Тем не менее, проблема с 2D-материалами, такими как графен, до сих пор заключалась в том, что из них можно было создать только простые чипы, и было нелегко подключить их к традиционным процессорам. Теперь, в исследовании, опубликованном в журнале Nature, Чуньсен Лю из Фуданьского университета в Шанхае и его коллеги преодолели эти препятствия. Они успешно объединили атомарно тонкие 2D-ячейки памяти непосредственно на обычном кремниевом чипе, создав первый в мире двухмерный чип на основе кремния с гибридной архитектурой.
Так как же им это удалось? Ученые создали специальную технику, которую они назвали ATOM2CHIP, чтобы вырастить материал памяти толщиной всего в несколько атомов непосредственно на стандартном кремниевом чипе. Это решило основную инженерную задачу надежного соединения сверхтонкого 2D-слоя и связи с более толстыми кремниевыми схемами под ним. Они также разработали тип упаковки для защиты хрупких 2D-материалов от напряжений, тепла и статического электричества.
Чтобы доказать, что чип работает, команда провела полноценные тесты чипа, установив его тактовую частоту в пять мегагерц (МГц). Они также использовали тестовую платформу, известную как шахматное программирование, чтобы убедиться, что каждая часть системы памяти работает надежно.
Новая эра вычислительной техники?
То, что создали исследователи, было не лабораторным прототипом, а функциональным чипом, который мог бы работать в реальном мире. Он потребляет очень мало энергии, быстрее, чем старая кремниевая память, и справляется со сложными операциями, которые требуются современным системам и устройствам. «Эти результаты на системном уровне представляют собой важную веху в распространении превосходства 2D-электроники на реальные приложения», — пишут исследователи в своей статье.
Эта работа может положить начало поколению сверхбыстрой памяти для более компактных, быстрых и надежных чипов. Это может привести к прорывам в передовых вычислениях искусственного интеллекта и коренным образом изменить то, как компьютеры хранят и обрабатывают информацию.
