توسعه تراشه حافظه دوبعدی جدید با قابلیت ذخیره‌سازی داده روی یک تک‌الکترون

پژوهشگران چینی موفق به توسعه یک تراشه حافظه دوبعدی پیشرفته شده‌اند که توانایی به دام انداختن و ذخیره‌سازی داده‌ها را تنها با استفاده از یک تک‌الکترون در دمای اتاق فراهم می‌کند.

در تمامی ابزارهای دیجیتال امروزی، پردازش و ذخیره‌سازی حجم انبوه داده‌ها نیازمند جابه‌جایی شمار بی‌شماری از الکترون‌هاست که این امر مصرف انرژی و تولید حرارت بالایی را به همراه دارد. با این حال، دانشمندان نوعی تراشه حافظه فلش دوبعدی را توسعه داده‌اند که مصرف انرژی پردازش و نگهداری اطلاعات را به حداقل ممکن می‌رساند. این تراشه «گویی» (Guiyi) نام‌گذاری شده که در فلسفه و آیین بودیسم چینی معنای «بازگشت به یگانگی» را دارد.

انقلاب در بازدهی انرژی و ذخیره‌سازی داده‌ها

توسعه‌دهندگان این فناوری تأکید می‌کنند که این دستاورد می‌تواند چالش‌های هم‌زمان در حوزه‌های بهره‌وری انرژی، سرعت پردازش و پایداری قطعات را برطرف سازد. با گسترش روزافزون هوش مصنوعی و نیاز روزافزون به منابع پردازشی، امکان ثبت یک بیت اطلاعات از طریق تغییر وضعیت یک الکترون مجزا، مسیر را برای دستیابی به ظرفیت‌های ذخیره‌سازی فوق‌العاده بالا همراه با مصرف توان بسیار ناچیز هموار می‌کند.

مهار چالش سیگنال ضعیف به کمک لایه گرافین

ایده ذخیره‌سازی داده‌ها با تک‌الکترون از اواخر دهه ۱۹۹۰ میلادی مطرح بود، اما پالس الکتریکی ضعیف ناشی از یک الکترون، بازخوانی دقیق اطلاعات را تقریباً ناممکن می‌ساخت؛ وضعیتی مشابه تلاش برای ردیابی موج ناشی از برخورد قطره‌ای باران درون مخزن بزرگ یک سد. برای حل این مشکل، پژوهشگران ساختاری نوآورانه با استفاده از گرافین پیاده‌سازی کردند:

• افزودن لایه گرافین تک‌اتمی: قرارگیری شبکه شش‌ضلعی گرافین پیش از گیت شناور، مقاومت الکتریکی را به حداقل می‌رساند.
• شتاب‌بخشی به الکترون‌ها: گرافین به الکترون‌ها سرعت می‌بخشد تا پیش از ورود به گیت شناور شتاب گرفته و پالس نیرومندتری ایجاد کنند.
• تقویت ۱۰ برابری ولتاژ: این مکانیزم سیگنالی با ولتاژ ۰.۵ ولت تولید می‌کند که ده برابر قوی‌تر از تلاش‌های پیشین در حوزه حافظه‌های تک‌الکترونی است.

چشم‌انداز کاربرد در هوش مصنوعی و تجاری‌سازی

سرعت بالای انتقال داده و کاهش چشمگیر تأخیر محاسباتی در این تراشه، کارایی پردازنده‌های ویژه مدل‌های هوش مصنوعی را در مقیاس صنعتی دگرگون خواهد کرد. با وجود چالش‌های فنی در افزایش مقیاس خطوط تولید، تیم تحقیقاتی درصدد است با تأسیس یک شرکت دانش‌بنیان، این نوآوری بنیادین را ظرف ۳ تا ۵ سال آینده روانه بازار تجاری کند.