A Universidade Fudan fez um avanço importante no campo dos circuitos integrados! O dispositivo de memória flash de picossegundos "Amanhecer" desenvolvido pela equipe Zhou Peng/Liu Chunsen da escola tem uma velocidade de apagamento e gravação de até 400 picossegundos, o que equivale a 2,5 bilhões de operações por segundo. É o dispositivo de armazenamento de carga semicondutor mais rápido atualmente dominado pela humanidade. Em 16 de abril, horário de Pequim, os resultados relevantes da pesquisa foram publicados na revista internacional "Nature".



A memória de carga é a base para o vigoroso desenvolvimento da tecnologia da informação. Cargas elétricas podem gerar mudanças de corrente em dispositivos eletrônicos com velocidade surpreendente e excelente confiabilidade. Com a combinação de sinais elétricos complexos, é possível obter uma transmissão eficiente e um processamento preciso de dados.

"Memória" e "disco rígido" em computadores pessoais são dois representantes típicos da memória de carga. "Memória" - memória de acesso aleatório estática "SRAM" e memória de acesso aleatório dinâmica "DRAM", o limite de velocidade de acesso é inferior a 1 nanossegundo, o que equivale aproximadamente à velocidade de três interruptores de transistor, representando o mais alto nível de velocidade de acesso à informação hoje. No entanto, os dados armazenados serão perdidos quando a energia for desligada. Este recurso "volátil" exige que ele consuma uma certa quantidade de energia para funcionar, limitando sua aplicação em condições de baixo consumo de energia.

Em contraste, o "disco rígido" - memória não volátil representada pela memória flash, não perderá dados após o corte de energia e tem a vantagem de baixo consumo de energia. No entanto, como a velocidade de programação assistida por campo elétrico é muito inferior à velocidade de comutação do transistor, é difícil atender às necessidades de acesso em velocidade extremamente alta a grandes quantidades de dados, como computação de IA e outros cenários.

Portanto, em resposta aos requisitos de potência computacional e eficiência energética exigidos para a atual computação de IA, a tecnologia de armazenamento precisa urgentemente de um avanço, e o ponto de avanço reside na resolução do problema científico básico mais crítico no campo dos circuitos integrados: ultrapassar o limite de velocidade de acesso não volátil da informação, ou seja, ela não será perdida quando a energia for desligada e o acesso será mais rápido.

Entende-se que a equipe de pesquisa tem se concentrado em pesquisas para romper a velocidade de armazenamento de carga desde 2015. “O mais difícil é quebrar a mentalidade”. O professor Zhou Peng disse: “No início, sempre sinto que se a velocidade de acesso for alta, os dados serão inevitavelmente perdidos devido a quedas de energia, e é difícil mudar a perspectiva de pensar sobre o problema”.

Ao romper o gargalo da teoria básica, a equipe de pesquisa descobriu um mecanismo de “superinjeção” para armazenamento de carga. Liu Chunsen introduziu que o mecanismo de memória flash do disco rígido existente consiste em injetar cargas no canal do material para obter o armazenamento do sinal. Quando a tensão de injeção é de cerca de 5 volts, a velocidade de injeção é mais rápida. Se a tensão for alta ou baixa, a velocidade diminuirá. "Nosso resultado é começar da base da tecnologia, propor nossa própria inovação teórica e ajustar o mecanismo físico do material para alcançar armazenamento 'ilimitado' e de 'superinjeção' que 'quanto maior a tensão, mais rápido o armazenamento', e aumentar a velocidade de armazenamento não volátil até o limite teórico." Com base nisso, a equipe de pesquisa redefiniu os limites da tecnologia de armazenamento existente e desenvolveu com sucesso o dispositivo de memória flash de picossegundos "Daybreak", cujo desempenho supera a tecnologia SRAM de armazenamento volátil mais rápida do mundo no mesmo nó de tecnologia.

"O nome 'Amanhecer' vem da homofonia de 'pi' em 'picossegundo'. Esperamos que esta tecnologia possa ajudar a indústria de semicondutores da China a romper a 'escuridão antes do amanhecer' e 'cantar um galo e o mundo será branco'", disse Zhou Peng.

Segundo relatos, a memória flash, por ser a memória mais econômica e amplamente utilizada, sempre foi a pedra angular do layout tecnológico dos gigantes internacionais da tecnologia. Espera-se que as conquistas acima não apenas mudem o cenário global da tecnologia de armazenamento, promovam a modernização industrial e gerem novos cenários de aplicação, mas também proporcionem um forte apoio para que o meu país alcance a liderança tecnológica em áreas relacionadas. Liu Chunsen revelou que produtos relevantes estão atualmente em produção em massa em pequena escala.