Дослідники з Університету Фудань у Шанхаї зробили важливий крок у розвитку пам’яті нового покоління. Їм вдалося створити двовимірний флеш-чип, здатний зберігати інформацію за допомогою лише одного електрона при кімнатній температурі. Якщо технологію вдасться довести до серійного виробництва, вона може кардинально змінити індустрію електроніки, зробивши смартфони значно потужнішими та енергоефективнішими.
Одним із найцікавіших наслідків такого прориву може стати можливість запускати складні моделі штучного інтелекту безпосередньо на мобільних пристроях, не звертаючись до віддалених дата-центрів.
Чому сучасна пам’ять споживає так багато енергії
Сучасні модулі оперативної пам’яті та флеш-пам’яті виконують дві головні функції: зберігають цифрову інформацію та запобігають її втраті через електричні шуми.
Для цього потрібна велика кількість електронів. За оцінками дослідників, для надійного запису лише одного біта інформації необхідно приблизно 200 тисяч електронів. Саме тому сучасні чипи споживають чимало енергії, особливо під час роботи зі штучним інтелектом або великими масивами даних. Науковці вже давно намагалися створити пам’ять, яка працювала б із мінімальною кількістю електронів, однак практична реалізація залишалася надзвичайно складною.
Графен допоміг «утримати» один електрон
Команда під керівництвом професора мікроелектроніки Чжоу Пена запропонувала принципово новий підхід. Основою нового чипа став графен — надтонкий двовимірний матеріал із винятковими електричними властивостями. Вчені порівнюють традиційний накопичувач із великим резервуаром води. Побачити ефект від одного електрона в такій системі майже так само складно, як помітити хвилю від однієї краплі у величезному озері.
Щоб вирішити цю проблему, дослідники змінили саму структуру накопичувача. Нова конструкція ефективніше утримує електрони всередині, а сигнал від одного електрона вдалося суттєво посилити. Під час експериментів величина сигналу досягала приблизно 0,5 вольта. Для порівняння, більшість подібних експериментальних систем демонстрували лише десятки мілівольтів.
Технологія Guiyi — «повернення до одного»
Свою розробку китайські вчені назвали Guiyi, що перекладається як «повернення до одного». Назва походить із буддійської філософії, де існує вислів про те, що навіть крихітне зернятко гірчиці здатне вмістити величезну міфічну гору Сумеру. Ця ідея символізує здатність малого містити надзвичайно велике.
У випадку нового чипа це означає, що один електрон може нести повноцінну інформацію. Крім самого запису даних одним електроном, технологія дозволила підтвердити кілька важливих квантових ефектів, серед яких:
- квантування програмної напруги;
- саморегульований процес запису;
- можливість точніше зчитувати різні квантові стани.
У перспективі це може означати ще більшу щільність запису інформації, ніж у сучасних накопичувачах.
Що це означає для смартфонів і штучного інтелекту
Найбільший інтерес нова технологія викликає саме через потенційне застосування у мобільних пристроях. Сьогодні багато функцій генеративного штучного інтелекту працюють через хмарні сервери, адже локальна пам’ять і процесори смартфонів мають обмеження щодо енергоспоживання.
Якщо нові графенові накопичувачі зможуть працювати з мінімальними витратами енергії, складні моделі ШІ можна буде запускати безпосередньо на телефоні. Це забезпечить швидшу роботу, меншу залежність від інтернету та підвищений рівень конфіденційності.
Коли технологія може з’явитися на ринку
Попри багатообіцяючі результати, до масового виробництва ще залишається кілька років.
Професор Чжоу Пен уже повідомив про намір створити окрему компанію, яка займатиметься комерціалізацією технології. За його оцінками, перші продукти можуть з’явитися на ринку приблизно через п’ять років. Для цього необхідно налагодити масштабне виробництво та інтегрувати нову пам’ять у сучасну електроніку.
Це вже не перший прорив команди
Новий чип став продовженням попередніх розробок дослідників із Фуданьського університету. Минулого року вони представили PoX — найшвидшу у світі енергонезалежну пам’ять, а згодом створили платформу Changying, яка дозволяє інтегрувати двовимірні графенові чипи із традиційними кремнієвими мікросхемами.
Саме ця технологія відкрила шлях до створення першого у світі гібридного флеш-чипа, який поєднує графенову та кремнієву архітектури. Якщо нинішня розробка успішно пройде шлях від лабораторії до серійного виробництва, вона може стати одним із найважливіших проривів у сфері пам’яті за останні десятиліття та суттєво прискорити розвиток мобільного штучного інтелекту.