Sasha
Writer
Thiết bị bộ nhớ cỡ hạt gạo phá vỡ rào cản tốc độ từng được cho là không thể, có khả năng xóa và ghi lại dữ liệu nhanh hơn 100.000 lần so với trước đây.
Trong khi thế giới đang tập trung vào cuộc đua trí tuệ nhân tạo (AI) vượt trội, các nhà khoa học Trung Quốc đã giải mã được tốc độ bộ nhớ từng được cho là không thể bằng một thiết bị nhỏ hơn một hạt gạo.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Fudan hôm 17/4 đã công bố “Poxiao” (Dawn trong tiếng Anh), bộ nhớ flash nhanh nhất từng được tạo ra, có thể xóa và ghi lại dữ liệu trong 400 pico giây. Một pico giây bằng một phần nghìn tỷ giây.
Trong khi nguyên mẫu hiện tại chỉ chứa được kilobyte - chỉ đủ để hiển thị bài viết này - thì thiết kế mang tính cách mạng của nó đã phá vỡ rào cản tốc độ của bộ nhớ hiện đại gấp 100.000 lần, hứa hẹn một tương lai mà bộ não AI có thể đọc và ghi nhanh như chúng nghĩ.
Được công bố trên tạp chí Nature, bước nhảy vọt trong vật lý điện tử này có thể sớm làm mờ ranh giới giữa bộ nhớ và máy tính.
Vượt qua giới hạn về tốc độ lưu trữ thông tin từ lâu đã là một trong những thách thức cơ bản nhất trong lĩnh vực mạch tích hợp và đây cũng là nút thắt kỹ thuật quan trọng hạn chế tiềm năng của sức mạnh tính toán AI.
Các kiến trúc lưu trữ hiện tại đi kèm với những hạn chế cứng đầu. Trong khi bộ nhớ dễ bay hơi – như SRAM và DRAM – cung cấp tốc độ cao, thì nó lại có dung lượng thấp, mức tiêu thụ điện năng cao, chi phí sản xuất cao và mất dữ liệu khi mất điện. Bộ nhớ không dễ bay hơi – như bộ lưu trữ flash – cung cấp dung lượng lớn hơn, mức tiêu thụ điện năng thấp hơn và dữ liệu bền bỉ hơn, nhưng lại chậm hơn nhiều về tốc độ.
Nhóm nghiên cứu hướng đến mục tiêu tăng tốc bộ nhớ flash – khai thác các lợi thế của nó trong khi giải quyết các hạn chế về tốc độ.
Đơn vị lưu trữ cơ bản của bộ nhớ flash “Poxiao” là một bóng bán dẫn cổng nổi, trong đó các electron di chuyển vào và ra khỏi không gian lưu trữ điện tích dưới tác động của điện áp, cho phép ghi dữ liệu. Trưởng nhóm dự án Liu Chunsen cho biết trong một tuyên bố từ Đại học Fudan rằng: “Trước đây, phương pháp tăng tốc bộ nhớ flash liên quan đến việc tăng tốc trước các electron, cho phép chúng thu được năng lượng trước khi vào và ra”.
Nhưng theo các mô hình lý thuyết truyền thống, quá trình "làm nóng" này diễn ra chậm và có một giới hạn tốc độ, ngăn bộ nhớ flash vượt quá giới hạn tốc độ lý thuyết.
"Đã 60 năm trôi qua kể từ khi Bell Labs giới thiệu bóng bán dẫn cổng nổi. Nếu chúng tôi chỉ bám vào các lý thuyết truyền thống hoặc dựa vào những thay đổi về vật liệu, chúng tôi sẽ không đạt được bất kỳ bước đột phá lớn nào. Đó là lý do tại sao chúng tôi tập trung vào việc phát triển một phương pháp tiếp cận hoàn toàn mới đối với bộ nhớ flash", Liu cho biết.
Các nhà nghiên cứu đã giới thiệu một phương pháp tiếp cận mới để tăng tốc bộ nhớ flash, cho phép các electron chuyển trực tiếp từ trạng thái tốc độ thấp sang trạng thái tốc độ cao mà không cần giai đoạn "làm nóng". Lý thuyết mới này - được gọi là "phun hạt mang nóng tăng cường 2D" - đã dẫn đến sự phát triển của một thiết bị nguyên mẫu.
Trong các thử nghiệm, tốc độ xóa-ghi đạt 400 pico giây, vượt qua bộ nhớ dễ bay hơi nhanh nhất thế giới, SRAM, ở cùng một nút công nghệ. So với hàng trăm micro giây của bộ nhớ flash thông thường, tốc độ được cải thiện hơn 100.000 lần.
Theo một bài viết trên trang web của Đại học Fudan, đây là công nghệ lưu trữ bán dẫn nhanh nhất thế giới cho đến nay, đạt được tốc độ lưu trữ và tính toán ngang nhau. Bài viết cho biết: "Sau khi mở rộng quy mô để tích hợp hàng loạt, công nghệ này dự kiến sẽ phá vỡ hoàn toàn kiến trúc lưu trữ hiện tại".
"Dựa trên công nghệ này, máy tính cá nhân trong tương lai có thể không còn cần phân biệt giữa bộ nhớ và bộ nhớ ngoài, loại bỏ nhu cầu về hệ thống lưu trữ phân cấp và cho phép triển khai cục bộ các mô hình AI lớn".
Nhóm nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu các thiết bị bộ nhớ flash vào năm 2015. Năm 2021, họ đã đề xuất một mô hình lý thuyết ban đầu và năm ngoái, họ đã phát triển một thiết bị bộ nhớ flash siêu nhanh với chiều dài kênh 8 nanomet, vượt qua giới hạn kích thước vật lý của bộ nhớ flash dựa trên silicon, vốn là khoảng 15 nanomet.
Thiết bị bộ nhớ flash "Poxiao" hiện đang tiến tới sản xuất. Kết hợp với công nghệ CMOS, con chip này đã được chế tạo thành công ở cấp độ kilobyte.
Trong vòng 5 năm, nhóm nghiên cứu hy vọng có thể mở rộng quy mô lên hàng chục megabyte, được cấp phép và sẵn sàng đưa ra thị trường.
Trong khi thế giới đang tập trung vào cuộc đua trí tuệ nhân tạo (AI) vượt trội, các nhà khoa học Trung Quốc đã giải mã được tốc độ bộ nhớ từng được cho là không thể bằng một thiết bị nhỏ hơn một hạt gạo.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Fudan hôm 17/4 đã công bố “Poxiao” (Dawn trong tiếng Anh), bộ nhớ flash nhanh nhất từng được tạo ra, có thể xóa và ghi lại dữ liệu trong 400 pico giây. Một pico giây bằng một phần nghìn tỷ giây.
Trong khi nguyên mẫu hiện tại chỉ chứa được kilobyte - chỉ đủ để hiển thị bài viết này - thì thiết kế mang tính cách mạng của nó đã phá vỡ rào cản tốc độ của bộ nhớ hiện đại gấp 100.000 lần, hứa hẹn một tương lai mà bộ não AI có thể đọc và ghi nhanh như chúng nghĩ.
Được công bố trên tạp chí Nature, bước nhảy vọt trong vật lý điện tử này có thể sớm làm mờ ranh giới giữa bộ nhớ và máy tính.
Vượt qua giới hạn về tốc độ lưu trữ thông tin từ lâu đã là một trong những thách thức cơ bản nhất trong lĩnh vực mạch tích hợp và đây cũng là nút thắt kỹ thuật quan trọng hạn chế tiềm năng của sức mạnh tính toán AI.
Các kiến trúc lưu trữ hiện tại đi kèm với những hạn chế cứng đầu. Trong khi bộ nhớ dễ bay hơi – như SRAM và DRAM – cung cấp tốc độ cao, thì nó lại có dung lượng thấp, mức tiêu thụ điện năng cao, chi phí sản xuất cao và mất dữ liệu khi mất điện. Bộ nhớ không dễ bay hơi – như bộ lưu trữ flash – cung cấp dung lượng lớn hơn, mức tiêu thụ điện năng thấp hơn và dữ liệu bền bỉ hơn, nhưng lại chậm hơn nhiều về tốc độ.
Nhóm nghiên cứu hướng đến mục tiêu tăng tốc bộ nhớ flash – khai thác các lợi thế của nó trong khi giải quyết các hạn chế về tốc độ.
Đơn vị lưu trữ cơ bản của bộ nhớ flash “Poxiao” là một bóng bán dẫn cổng nổi, trong đó các electron di chuyển vào và ra khỏi không gian lưu trữ điện tích dưới tác động của điện áp, cho phép ghi dữ liệu. Trưởng nhóm dự án Liu Chunsen cho biết trong một tuyên bố từ Đại học Fudan rằng: “Trước đây, phương pháp tăng tốc bộ nhớ flash liên quan đến việc tăng tốc trước các electron, cho phép chúng thu được năng lượng trước khi vào và ra”.
Nhưng theo các mô hình lý thuyết truyền thống, quá trình "làm nóng" này diễn ra chậm và có một giới hạn tốc độ, ngăn bộ nhớ flash vượt quá giới hạn tốc độ lý thuyết.
"Đã 60 năm trôi qua kể từ khi Bell Labs giới thiệu bóng bán dẫn cổng nổi. Nếu chúng tôi chỉ bám vào các lý thuyết truyền thống hoặc dựa vào những thay đổi về vật liệu, chúng tôi sẽ không đạt được bất kỳ bước đột phá lớn nào. Đó là lý do tại sao chúng tôi tập trung vào việc phát triển một phương pháp tiếp cận hoàn toàn mới đối với bộ nhớ flash", Liu cho biết.
Các nhà nghiên cứu đã giới thiệu một phương pháp tiếp cận mới để tăng tốc bộ nhớ flash, cho phép các electron chuyển trực tiếp từ trạng thái tốc độ thấp sang trạng thái tốc độ cao mà không cần giai đoạn "làm nóng". Lý thuyết mới này - được gọi là "phun hạt mang nóng tăng cường 2D" - đã dẫn đến sự phát triển của một thiết bị nguyên mẫu.
Trong các thử nghiệm, tốc độ xóa-ghi đạt 400 pico giây, vượt qua bộ nhớ dễ bay hơi nhanh nhất thế giới, SRAM, ở cùng một nút công nghệ. So với hàng trăm micro giây của bộ nhớ flash thông thường, tốc độ được cải thiện hơn 100.000 lần.
Theo một bài viết trên trang web của Đại học Fudan, đây là công nghệ lưu trữ bán dẫn nhanh nhất thế giới cho đến nay, đạt được tốc độ lưu trữ và tính toán ngang nhau. Bài viết cho biết: "Sau khi mở rộng quy mô để tích hợp hàng loạt, công nghệ này dự kiến sẽ phá vỡ hoàn toàn kiến trúc lưu trữ hiện tại".
"Dựa trên công nghệ này, máy tính cá nhân trong tương lai có thể không còn cần phân biệt giữa bộ nhớ và bộ nhớ ngoài, loại bỏ nhu cầu về hệ thống lưu trữ phân cấp và cho phép triển khai cục bộ các mô hình AI lớn".
Nhóm nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu các thiết bị bộ nhớ flash vào năm 2015. Năm 2021, họ đã đề xuất một mô hình lý thuyết ban đầu và năm ngoái, họ đã phát triển một thiết bị bộ nhớ flash siêu nhanh với chiều dài kênh 8 nanomet, vượt qua giới hạn kích thước vật lý của bộ nhớ flash dựa trên silicon, vốn là khoảng 15 nanomet.
Thiết bị bộ nhớ flash "Poxiao" hiện đang tiến tới sản xuất. Kết hợp với công nghệ CMOS, con chip này đã được chế tạo thành công ở cấp độ kilobyte.
Trong vòng 5 năm, nhóm nghiên cứu hy vọng có thể mở rộng quy mô lên hàng chục megabyte, được cấp phép và sẵn sàng đưa ra thị trường.
