تراشه حافظه دوبعدی دانشمندان چینی داده‌ها را تنها روی یک الکترون ذخیره می‌کند

هر بار که با گوشی هوشمند خود پیامی متنی ارسال می‌کنید، عکسی به ثبت می‌رسانید یا مطلبی در شبکه‌های اجتماعی منتشر می‌کنید، تعداد بی‌شماری از الکترون‌ها در پس‌زمینه وظیفه سنگین پردازش ورودی‌ها و ذخیره‌سازی اطلاعات را برعهده دارند. اکنون پژوهشگران در چین تراشه نوآورانه‌ای طراحی کرده‌اند که برای ذخیره‌سازی داده‌ها تنها به یک الکترون واحد متکی است.

براساس مطالعه‌ای که در ژورنال Science به چاپ رسیده، دانشمندان نوعی تراشه حافظه فلش دوبعدی را به نمایش گذاشته‌اند که توانایی به دام انداختن یک تک‌الکترون را در دمای اتاق دارد؛ دستاوردی که انرژی مورد نیاز برای پردازش داده‌ها را به میزان چشمگیری کاهش می‌دهد. این تراشه «Guiyi» نام‌گذاری شده که در آیین بودیسم چینی به معنای «بازگشت به یگانگی» است.

دانشمندان می‌گویند این فناوری می‌تواند تحولی بزرگ ایجاد کند، زیرا چالش‌های مربوط به بهره‌وری انرژی، سرعت و پایداری را به‌طور هم‌زمان در یک قطعه برطرف می‌کند. «چونسن لیو»، از نویسندگان این مقاله و مهندس دانشگاه فودان، در این خصوص اعلام کرده که در عصر هوش مصنوعی، تقاضا برای سرعت، ظرفیت، بهره‌وری انرژی و پایداری به سطح کاملاً جدیدی رسیده است. به گفته او، امکان ذخیره‌سازی یک بیت اطلاعات از طریق تغییر وضعیت یک الکترون مجزا، مصرف انرژی را به شکل چشمگیری پایین می‌آورد و بستر را برای ظرفیت‌های ذخیره‌سازی بسیار بزرگ‌تر مهیا می‌کند.

تقویت سیگنال در تراشه حافظه دوبعدی به کمک گرافین

دانشمندان پیش‌تر در اواخر دهه ۱۹۹۰ میلادی تلاش کرده بودند با استفاده از یک تک‌الکترون داده‌ها را ذخیره کنند، اما پالس الکتریکی ایجادشده از به دام انداختن الکترون چنان ضعیف بود که امکان خواندن دقیق آن وجود نداشت؛ وضعیتی که پژوهشگران آن را به تلاش برای تشخیص موج ناشی از برخورد یک قطره باران درون یک مخزن سد تشبیه کرده بودند. برای رفع این مشکل، دانشمندان یک لایه گرافین را به تراشه اضافه کردند. این لایه قبل از گیت شناور قرار می‌گیرد؛ بخشی که مانند یک تله، الکترون‌ها را گیر می‌اندازد تا داده‌ها حتی پس از خاموش شدن دستگاه حفظ شوند.

الکترون‌ها می‌توانند از میان شبکه شش‌ضلعی تک‌اتمی گرافین با مقاومت بسیار ناچیز و سرعت بسیار بالا همراه با کمترین اتلاف انرژی عبور کنند. این لایه به الکترون‌ها اجازه می‌دهد پیش از پرش به داخل گیت شناور شتاب بگیرند و در آنجا به دام بیفتند. در نتیجه این سازوکار، پالس الکتریکی قوی‌تری تولید شده و سیگنالی با ولتاژ ۰.۵ ولت ایجاد می‌شود که به گفته پژوهشگران، ۱۰ برابر قوی‌تر از تلاش‌های قبلی در حوزه حافظه‌های تک‌الکترونی است.

این رویکرد انتقال سریع‌تر داده‌ها میان بخش‌های پردازشی و ذخیره‌سازی را ممکن می‌کند، تأخیر در انتقال داده را کاهش می‌دهد و راندمان محاسباتی کاربردهای هوش مصنوعی را در صنایع گوناگون بهبود می‌بخشد.

با وجود این موفقیت آزمایشگاهی، ورود این فناوری به مرحله تجاری‌سازی با چالش‌هایی همراه است و چالش اصلی، افزایش مقیاس تولید خواهد بود. با وجود این موانع، تیم پژوهشی به سرپرستی «ژو پنگ»، استاد میکروالکترونیک دانشگاه فودان، قصد دارد شرکتی تأسیس کند تا این فناوری را ظرف ۳ تا ۵ سال آینده به بازار تجاری عرضه نماید و بازار ذخیره‌سازی فلش را متحول سازد.