رکورد جدید در دنیای حافظه با نوشتن ۲۵ میلیارد بیت در ثانیه شکسته شد!

پژوهشگران دانشگاه فودان چین موفق به ساخت سریع‌ترین دستگاه حافظه نیمه‌رسانا شده‌اند؛ حافظه‌ای غیرفرّار با نام «PoX» که قادر است هر بیت را تنها در مدت ۴۰۰ پیکوثانیه (۰٫۰۰۰۰۰۰۰۰۰۴ ثانیه) بنویسد. این سرعت بی‌سابقه معادل انجام ۲۵ میلیارد عملیات در ثانیه است.

نتایج این دستاورد امروز در نشریه علمی Nature منتشر شده و مرز سرعت حافظه‌های غیرفرّار را به محدوده‌ای وارد کرده است که پیش از این فقط برای حافظه‌های فرّار فوق‌سریع قابل تصور بود. این تحول می‌تواند مسیر توسعه نسل جدید سخت‌افزار‌های هوش مصنوعی را هموار سازد که به شدت به سرعت بالای ذخیره و بازیابی داده وابسته‌اند.

شکستن سقف سرعت در حافظه‌های ذخیره‌سازی

در حالی که حافظه‌های فرّار مانند SRAM و DRAM قادر به نوشتن داده‌ها در بازه زمانی ۱ تا ۱۰ نانوثانیه هستند، اما با قطع برق، تمام اطلاعات خود را از دست می‌دهند. در مقابل، تراشه‌های حافظه فلش، اگرچه داده را بدون نیاز به برق حفظ می‌کنند، اما زمان نوشتن آنها در بازه میکروثانیه تا میلی‌ثانیه است که برای پردازنده‌های شتاب‌دهنده هوش مصنوعی با جریان‌های عظیم داده ناکافی محسوب می‌شود.

به گزارش اینترستینگ اینجیرینگ، تیم دانشگاه فودان به سرپرستی ژو پنگ در آزمایشگاه کلیدی دولتی سامانه‌ها و تراشه‌های مجتمع، با بازطراحی فیزیک حافظه فلش و جایگزینی کانال‌های سیلیکونی با گرافن دوبعدی از نوع «دیراک»، موفق شدند از ویژگی «انتقال بالستیک بار» در این ماده بهره ببرند؛ حالتی که در آن الکترون‌ها با تلفات حداقلی و سرعت بسیار بالا جابه‌جا می‌شوند.

با تنظیم دقیق طول گاوسی (Gaussian length) در کانال، تیم تحقیقاتی به «ابر-تزریق دوبعدی» (۲D super-injection) دست یافتند؛ فرآیندی که منجر به جریان شدید بار به داخل لایه ذخیره‌سازی شده و از گلوگاه‌های کلاسیک تزریق بار در حافظه عبور می‌کند.

ژو در گفت‌و‌گو با خبرگزاری شینهوا اظهار داشت: «ما با بهینه‌سازی فرآیند تولید بر پایه هوش مصنوعی، حافظه غیرفرّار را به مرز تئوریک سرعت آن رساندیم. این دستاورد می‌تواند مسیر توسعه حافظه‌های فلش فوق‌سریع را باز کند.»

یک میلیارد چرخه در یک چشم به هم زدن

یکی از همکاران این پروژه، لیو، چون سن در توصیف این جهش فناورانه، آن را معادل گذار از فلش‌مموری‌های معمولی با توان نوشتن هزار بار در ثانیه، به تراشه‌ای با ظرفیت نوشتن یک میلیارد بار در یک چشم برهم‌زدن دانست. پیش از این، رکورد سرعت نوشتن در حافظه‌های غیرفرّار حدود ۲ میلیون عملیات در ثانیه بود.

حافظه PoX به عنوان یک فناوری غیرفرّار، بدون نیاز به برق در حالت آماده‌به‌کار، داده‌ها را حفظ می‌کند. این ویژگی برای سیستم‌های هوش مصنوعی لبه‌ای (Edge AI) و دستگاه‌های دارای محدودیت انرژی مانند گوشی‌ها و ابزار‌های پوشیدنی، اهمیت بالایی دارد. ترکیب مصرف انرژی بسیار پایین با سرعت نوشتن در مقیاس پیکوثانیه می‌تواند یکی از قدیمی‌ترین موانع در معماری سخت‌افزار‌های هوش مصنوعی — یعنی تأخیر حافظه — را برطرف کند. در بسیاری از سامانه‌های کنونی، جابه‌جایی داده نسبت به انجام محاسبات، سهم بزرگ‌تری از مصرف انرژی دارد.

ابعاد صنعتی و راهبردی دستاورد

حافظه فلش همچنان یکی از ارکان اصلی راهبرد جهانی نیمه‌رسانا‌ها به‌دلیل هزینه پایین و مقیاس‌پذیری آن است. به گفته داوران مجله Nature، دستاورد دانشگاه فودان یک «سازوکار کاملاً نوآورانه» ارائه داده که می‌تواند این چشم‌انداز را دگرگون کند.

در صورت امکان تولید انبوه، حافظه‌های PoX ممکن است نیاز به حافظه‌های SRAM پرسرعت مجزا در تراشه‌های هوش مصنوعی را از میان برداشته و باعث کاهش قابل‌توجه مصرف انرژی و فضای مورد نیاز شوند. همچنین این فناوری می‌تواند امکان راه‌اندازی آنی برای لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های همراه با مصرف انرژی پایین را فراهم کرده و پایگاه‌داده‌هایی را ممکن سازد که مجموعه داده‌های کاری خود را به طور کامل در حافظه پایدار نگه دارند.

از سوی دیگر، این فناوری می‌تواند نقش مهمی در راهبرد چین برای دستیابی به رهبری در فناوری‌های بنیادی تراشه ایفا کند. هرچند تیم فودان هنوز اطلاعاتی درباره میزان دوام یا نرخ موفقیت تولید این حافظه ارائه نداده‌اند، اما استفاده از گرافن به عنوان کانال انتقال، نشان‌دهنده سازگاری آن با فرآیند‌های تولید مواد دوبعدی است که بسیاری از کارخانه‌های بزرگ جهان نیز در حال بررسی آن هستند.

ژو در پایان گفت: «این دستاورد می‌تواند فناوری ذخیره‌سازی را متحول کرده، صنایع را ارتقا دهد و زمینه‌ساز کاربرد‌های نوین در آینده شود.»

اکنون مهندسان دانشگاه فودان در حال گسترش معماری سلولی این حافظه و اجرای آزمایش‌هایی در سطح آرایه‌ای هستند. هرچند هنوز از شرکای صنعتی این پروژه نامی برده نشده، اما بسیاری از کارخانه‌های تولید نیمه‌رسانا در چین در تلاش‌اند تا مواد دوبعدی را با فناوری‌های مرسوم CMOS ادغام کنند.

انتهای پیام/