تراشه فلش دوبعدی جدید، رکورد سرعت و بازده را شکست

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، رقابت برای ساخت تراشه‌های سریع‌تر و کارآمدتر به نقطه عطف جدیدی رسیده است. دانشمندان دانشگاه فودان شانگهای از اولین تراشه فلش دوبعدی با امکانات کامل جهان رونمایی کرده‌اند، یک شاهکار مهندسی که می‌تواند نحوه ذخیره و پردازش اطلاعات در دستگاه‌های الکترونیکی آینده را متحول کند.

 

این تراشه، حافظه فلش دوبعدی فوق‌سریع را با فناوری نیمه‌هادی اکسید فلزی مکمل (CMOS) مبتنی بر سیلیکونِ بالغ ادغام می‌کند.

 

نتیجه، یک سیستم ترکیبی است که نوآوری‌های تحقیقاتی و کاربرد‌های صنعتی در مقیاس بزرگ را به هم پیوند می‌دهد و فناوری داده را به سمت مرز جدیدی از سرعت بالا سوق می‌دهد.

 

این دستگاه پیشرفته از عملیات دستورالعمل هشت بیتی و عملیات موازی پرسرعت ۳۲ بیتی با دسترسی تصادفی پشتیبانی می‌کند و به بازده سلول حافظه ۹۴.۳ درصد دست می‌یابد.

 

سرعت عملکرد آن از فناوری‌های حافظه فلش موجود پیشی می‌گیرد و اولین ادغام مهندسی موفق مواد دوبعدی با سیلیکون را رقم می‌زند.

 

در عصری که هوش مصنوعی بر آن تسلط دارد و سرعت دسترسی به داده‌ها همه چیز است، این پیشرفت به یکی از مهم‌ترین تنگنا‌های محاسبات می‌پردازد.

 

سرعت محدود و مصرف بالای انرژی معماری‌های حافظه سنتی، مدت‌هاست که رشد سیستم‌های هوش مصنوعی را کند کرده است. نوآوری فودان ممکن است آینده‌ای سریع‌تر را رقم بزند.

 

آمیختن دو جهان

 

در ماه آوریل، همین تیم پس از توسعه نمونه اولیه فلش مموری PoX ۲D که به سرعت برنامه فوق‌العاده ۴۰۰ پیکوثانیه دست یافت، خبرساز شد. این سرعت، سریع‌ترین ذخیره‌سازی بار نیمه‌هادی ثبت شده تاکنون است. اما صنعتی‌سازی چنین پیشرفت‌هایی اغلب دهه‌ها طول می‌کشد.

 

لیو چونسن، نویسنده اول و مسئول این مقاله، گفت: «از اولین نمونه اولیه ترانزیستور نیمه‌هادی تا اولین CPU، حدود ۲۴ سال طول کشید. با این حال، با ادغام فناوری‌های نوظهور در پلتفرم CMOS موجود، فرآیند تحقیق ما به طور قابل توجهی فشرده می‌شود. ما می‌توانیم کاوش در کاربرد‌های متحول‌کننده را در آینده بیشتر تسریع کنیم.

 

محققان آزمایشگاه کلیدی دولتی تراشه‌ها و سیستم‌های مجتمع دانشگاه فودان و کالج مدار‌های مجتمع و میکرو-نانو الکترونیک قصد دارند با تعبیه مستقیم فناوری فلش دوبعدی در پلتفرم‌های CMOS، بر این تأخیر زمانی غلبه کنند.

 

این ادغام استراتژیک، نقشه راهی برای تبدیل دستگاه‌های آزمایشی به سیستم‌های تجاری ارائه می‌دهد.

 

ژو پنگ، یکی دیگر از نویسندگان مسئول، گفت که دستگاه‌های ذخیره‌سازی احتمالاً اولین نوع سیستم‌های الکترونیکی دوبعدی خواهند بود که به صنعتی شدن می‌رسند، زیرا «نیاز‌های کمی به کیفیت مواد و فرآیند‌های تولید دارند، همراه با معیار‌های عملکردی که بسیار فراتر از فناوری‌های فعلی است».

 

ادغام در مقیاس اتمی

 

تراشه‌های سنتی به ویفر‌های سیلیکونی با ضخامت صد‌ها میکرومتر متکی هستند، در حالی که مواد نیمه‌هادی دوبعدی تنها چند اتم ضخامت دارند، کمتر از یک نانومتر. ادغام چنین مواد شکننده‌ای روی سطوح ناهموار CMOS چالش بزرگی را ایجاد می‌کرد.

 

ژو با نشان دادن فرآیند ظریف ادغام دو دنیای مادی بسیار متفاوت گفت: «این مثل نگاه کردن به شانگهای از فضا است. به نظر مسطح می‌رسد، اما در داخل شهر، ساختمان‌هایی با ارتفاع‌های مختلف وجود دارد - بیش از ۴۰۰ متر، ۱۰۰ متر یا فقط چند ده متر. اگر یک فیلم نازک روی شهر بکشید، خود فیلم مسطح نخواهد بود.

 

برای حل این مشکل، تیم از مواد دوبعدی

 

انعطاف‌پذیر و یک رویکرد ادغام مدولار استفاده کرد و مدار‌های دوبعدی را روی زیرلایه‌های CMOS ساخت و آنها را از طریق اتصالات یکپارچه با چگالی بالا به هم متصل کرد. این فرآیند اتصال در سطح اتمی، امکان ارتباط پایدار و کارآمد بین دو فناوری را فراهم می‌کند.

 

این تراشه مرحله‌ی حذف نوار را به پایان رسانده است و محققان قصد دارند در سال‌های آینده یک خط تولید آزمایشی راه‌اندازی کنند و ظرف سه تا پنج سال آن را به سیستمی در سطح مگابایت ارتقا دهند.

 

کارشناسان می‌گویند این دستاورد می‌تواند به غلبه بر تنگنای فزاینده ذخیره‌سازی در سیستم‌های هوش مصنوعی که به طور فزاینده‌ای از داده‌ها سنگین هستند، کمک کند.

 

ژو گفت: «این تحقیق نشان‌دهنده‌ی یک «فناوری منبع» در حوزه‌ی مدار‌های مجتمع چین است که به این کشور اجازه می‌دهد در فناوری‌های ذخیره‌سازی هسته‌ای نسل بعدی پیشرو باشد.»

 

همچنان که جهان به سمت محاسبات سریع‌تر، کوچک‌تر و با مصرف انرژی کمتر پیش می‌رود، تراشه هیبریدی سیلیکونی دوبعدی دانشگاه فودان می‌تواند سنگ بنای انقلاب دیجیتال بعدی باشد.

 

این مطالعه در مجله نیچر منتشر شده است.