Ученые из Университета Фудань совершили прорыв, который может трансформировать полупроводниковую промышленность, разработав первый в мире полнофункциональный 2D флеш-чип памяти, который успешно интегрирует атомарно тонкие материалы с традиционной кремниевой технологией. Опубликованное в журнале Nature 8 октября исследование представляет собой значительный шаг вперед в решении растущих потребностей в памяти для искусственного интеллекта и физических ограничений традиционных кремниевых чипов.
Революционная технология интеграции
Прорыв связан с инновационной технологией ATOM2CHIP Фуданьского университета, которая обеспечивает бесшовную интеграцию двумерных материалов толщиной всего в несколько атомов с зрелыми кремниевыми CMOS-платформами. Команда под руководством исследователей Чунсэня Лю и Чжоу Пэна преодолела фундаментальную инженерную проблему, которая долгое время беспокоила полупроводниковую промышленность: как надежно соединить сверхтонкие 2D-слои с более толстыми кремниевыми схемами без ущерба для производительности.
«Потребовалось около 24 лет от первого прототипа полупроводникового транзистора до первого процессора», — объяснил Лю Чунсэнь, первый и корреспондирующий автор статьи. «Однако благодаря интеграции новых технологий в существующую CMOS-платформу процесс в нашем исследовании значительно сокращается».
Чип достиг впечатляющего выхода годных ячеек памяти в 94,3 процента и поддерживает как восьмибитные операции с инструкциями, так и 32-битные высокоскоростные параллельные операции. Эта производительность значительно превосходит типичные лабораторные демонстрации и приближается к стандартам коммерческой жизнеспособности.
Устранение критических узких мест в отрасли
Это достижение приходит в критическое время, когда традиционная кремниевая технология приближается к своим физическим пределам. Кремниевые транзисторы теперь имеют размер всего 3-5 нанометров, а дальнейшая миниатюризация сталкивается с эффектами квантового туннелирования и чрезвычайно высокими производственными затратами. Одновременно приложения искусственного интеллекта создают беспрецедентные требования к памяти, которые современные технологии хранения данных не могут эффективно удовлетворить.
«В эпоху искусственного интеллекта требования к более быстрому доступу к данным резко возросли, в то время как ограниченная скорость и энергопотребление традиционных технологий памяти стали узким местом в вычислительной системе ИИ», — отметили исследователи. Проблема памяти, известная как «Стена памяти», представляет собой растущий разрыв между скоростью вычислений и временем доступа к памяти, что всё больше ограничивает производительность ИИ.
Более ранняя работа команды Фуданьского университета в апреле продемонстрировала связанный прототип 2D флэш-памяти под названием PoX, достигший беспрецедентной скорости программирования в 400 пикосекунд — что делает его самой быстрой технологией полупроводникового хранения заряда на сегодняшний день. Это последнее достижение основывается на этом фундаменте, создавая полную системную реализацию, подходящую для реальных приложений.
Коммерческие перспективы и планы на будущее
Исследовательская группа успешно завершила процесс tape-out и планирует создать пилотную производственную линию в течение следующих трех-пяти лет, изначально ориентируясь на мегабайтный уровень емкости. Чжоу Пэн, соавтор исследования, считает, что устройства памяти, вероятно, станут первым типом 2D электронных устройств, которые достигнут коммерциализации, благодаря их умеренным требованиям к качеству материалов по сравнению с превосходными показателями производительности.
Прорыв демонстрирует, что 2D материалы могут быть практически интегрированы в существующие рабочие процессы производства полупроводников, потенциально ускоряя сроки коммерческого внедрения. Такой подход к интеграции может обеспечить путь для полупроводниковой индустрии к продолжению улучшения производительности даже в условиях, когда традиционное масштабирование кремния становится все более сложной задачей.
Комментариев нет:
Отправить комментарий