Các nhà nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán vừa chế tạo thành công thiết bị lưu trữ bán dẫn nhanh nhất từ trước đến nay. Thiết bị này là một loại bộ nhớ flash bất khả biến (non-volatile), được đặt tên là "PoX". Điểm nổi bật của "PoX" là khả năng ghi một bit dữ liệu chỉ trong 400 pico giây (tương đương 0.4 phần nghìn tỷ giây). Tốc độ này tương đương với khoảng 25 tỷ phép toán mỗi giây.
Nghiên cứu này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao tốc độ bộ nhớ bất khả biến. Thiết bị "PoX" không chỉ đạt được tốc độ vượt trội mà còn mở ra những tiềm năng ứng dụng đột phá, đặc biệt trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI), nơi yêu cầu tốc độ xử lý dữ liệu cực kỳ cao.
Các loại bộ nhớ tĩnh (SRAM) và động (DRAM) thông thường có thể ghi dữ liệu trong khoảng từ 1 đến 10 nano giây, nhưng chúng đều sẽ mất hết dữ liệu khi không có nguồn điện. Trong khi đó, các chip flash có thể lưu trữ dữ liệu mà không cần nguồn điện, nhưng lại phải mất từ micro giây đến mili giây để ghi dữ liệu, điều này khiến chúng trở nên quá chậm đối với các bộ tăng tốc AI hiện đại.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán đã cải tiến bộ nhớ flash bằng cách thay thế silicon truyền thống bằng graphene Dirac hai chiều, một vật liệu có khả năng dẫn điện cực kỳ nhanh, giúp tăng tốc độ ghi dữ liệu đáng kể.
Họ còn điều chỉnh “độ dài Gaussian” của kênh dẫn điện, tạo ra hiện tượng đặc biệt giúp “bơm” điện tích vào lớp lưu trữ nhanh hơn mà không gặp phải các trở ngại như trước. Giáo sư Zhou chia sẻ rằng nhóm đã sử dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa quá trình này, giúp bộ nhớ flash đạt đến tốc độ tối đa có thể. Thành công này mở ra triển vọng về một thế hệ bộ nhớ flash siêu nhanh trong tương lai.
Điểm đặc biệt là bộ nhớ PoX này không cần điện vẫn giữ được dữ liệu, rất quan trọng cho các hệ thống AI nhỏ gọn (edge AI) và thiết bị di động tiết kiệm pin. Việc vừa ghi nhanh siêu tốc (tính bằng phần nghìn tỷ giây) vừa tốn cực ít năng lượng có thể giải quyết được vấn đề lớn hiện nay trong phần cứng AI.
Bộ nhớ flash vốn đã quan trọng trong ngành bán dẫn vì rẻ và dễ sản xuất hàng loạt. Các chuyên gia cho rằng, bước tiến của Đại học Phúc Đán sẽ tạo ra một "cơ chế hoàn toàn mới", có thể thay đổi cả ngành công nghiệp này.
Nếu sản xuất đại trà, bộ nhớ PoX có thể loại bỏ các bộ nhớ đệm SRAM tốc độ cao riêng biệt trong chip AI, giúp chip nhỏ hơn và tiết kiệm điện hơn. Công nghệ này có thể giúp laptop, điện thoại khởi động tức thì, dùng ít pin hơn, và các hệ thống dữ liệu lớn có thể lưu trữ toàn bộ dữ liệu trong một loại RAM bền vững. Đây cũng là một bước tiến quan trọng để Trung Quốc dẫn đầu về công nghệ chip bán dẫn.
Mặc dù nhóm nghiên cứu chưa công bố độ bền hay khả năng sản xuất hàng loạt, nhưng việc dùng graphene cho thấy nó có thể phù hợp với các quy trình sản xuất vật liệu 2D mà các nhà máy bán dẫn trên thế giới đang nghiên cứu.
Các kỹ sư tại Phúc Đán hiện đang mở rộng kiến trúc tế bào và tiếp tục nghiên cứu để chứng minh khả năng ứng dụng của công nghệ này ở cấp độ mảng. Dù các đối tác thương mại vẫn chưa được công bố, nhưng các nhà máy bán dẫn Trung Quốc đang đẩy mạnh việc tích hợp vật liệu 2D vào các dây chuyền CMOS phổ biến.
Với những thành tựu đạt được, nhóm nghiên cứu hy vọng rằng công nghệ này sẽ không chỉ thay đổi cách thức lưu trữ dữ liệu mà còn mở ra cơ hội mới trong các ứng dụng công nghiệp và mang lại những bước đột phá trong các hệ thống lưu trữ hiện đại.
Kaif Shaikh là biên tập viên của Interesting Engineering (IE). Bài viết được đăng trên IE vào ngày 17/04/2205.
Interesting Engineering là trang tin tức công nghệ và khoa học, chuyên cập nhật những phát minh và tiến bộ kỹ thuật mới nhất trên thế giới. Ra mắt năm 2011, nền tảng này cung cấp nội dung hấp dẫn về AI, năng lượng tái tạo, hàng không vũ trụ và nhiều lĩnh vực đột phá khác.
Biên dịch: Thu Hoài
