پژوهشگران دانشگاه فودان با استفاده از گرافن، یک تراشه فلش دوبعدی طراحی کردهاند که میتواند دادهها را با تنها یک الکترون در دمای اتاق ذخیره کند. این فناوری که «گوییی» نام گرفته، میتواند مصرف انرژی را بهطور چشمگیری کاهش داده و به اجرای مدلهای پیشرفته هوش مصنوعی روی دستگاههای شخصی کمک کند.
به گزارش سیناپرس، پژوهشگران با توسعه یک حافظه فلش دوبعدی مبتنی بر گرافن موفق به ذخیره داده با تنها یک الکترون در دمای اتاق شدند. پژوهشگران دانشگاه فودان در شانگهای چین موفق به توسعه نوعی حافظه فلش دوبعدی شدهاند که میتواند در دمای اتاق دادهها را با استفاده از تنها یک الکترون ذخیره کند. این دستاورد میتواند میزان انرژی مورد نیاز برای پردازش داده را به شکل چشمگیری کاهش دهد و در آینده امکان اجرای مدلهای هوش مصنوعی روی تلفنهای همراه را فراهم کند.
حافظههای پیشرفته دسترسی تصادفی (RAM) که امروزه مورد استفاده قرار میگیرند بهطور کلی دو وظیفه اصلی دارند؛ نخست ذخیره دادههای دودویی و دوم جلوگیری از محو شدن یا از بین رفتن این دادهها در اثر نویز. برای دستیابی به این هدف تراشههای حافظه به مخازن بزرگی از انرژی در قالب الکترونها نیاز دارند.
برآوردها نشان میدهد برای ذخیرهسازی مطمئن تنها یک بیت اطلاعات حدود ۲۰۰ هزار الکترون مورد نیاز است؛ بنابراین اگر بتوان میزان انرژی مورد نیاز برای ذخیره و پردازش داده را به میزان قابل توجهی کاهش داد میتوان بخش بیشتری از پردازشهای داده را بهصورت محلی و روی دستگاههای شخصی انجام داد و وابستگی به مراکز داده بزرگ را کاهش داد.
ایده ذخیرهسازی اطلاعات با استفاده از تعداد بسیار کمی الکترون موضوعی است که از مدتها پیش مورد توجه پژوهشگران قرار داشته و تلاشهای متعددی برای تحقق آن انجام شده است، اما دستیابی به یک راهکار عملی تاکنون با چالشهای جدی مواجه بوده است.
فناوری گوییی؛ بازگشت به یک
از آنجا که تجهیزات ذخیرهسازی حافظه را میتوان به مخازنی از الکترونها تشبیه کرد شناسایی یک الکترون منفرد در چنین سامانهای مانند تلاش برای تشخیص موجی است که از افتادن تنها یک قطره آب در یک مخزن بزرگ ایجاد میشود.
تیمی از دانشمندان به سرپرستی ژو پنگ استاد میکروالکترونیک برای حل این چالش یک تراشه فلش دوبعدی (۲D) را با استفاده از مادهای فوقالعاده نازک به نام گرافن طراحی کردند.
این طراحی با تغییر ساختار بهاصطلاح دیواره مخزن شرایطی ایجاد میکند که الکترونها نتوانند بهراحتی از آن خارج شوند. در نتیجه اثر ناشی از حضور یک الکترون منفرد تقویت شده و به شکل یک سیگنال بزرگ قابل شناسایی درمیآید.
پژوهشگران در بررسیهای خود دریافتند سیگنال ایجادشده توسط یک الکترون منفرد در این سامانه حدود ۰.۵ ولت است در حالی که در دیگر سامانههای آزمایشی سیگنالهای مربوط به یک الکترون منفرد در محدوده چند ده میلیولت شناسایی شده بود. این افزایش قابل توجه در شدت سیگنال، تشخیص و کنترل الکترون منفرد را آسانتر میکند.
الهامبخش نامگذاری این فناوری عبارتی در آیین بودایی چینی است که بر این مفهوم تاکید دارد که حتی یک دانه بسیار کوچک خردل میتواند کوه سومرو (کوهی اسطورهای در کیهانشناسی بودایی) را در خود جای دهد و همه حقایق بزرگ میتوانند در یک نقطه به یکدیگر برسند. گروه ژو پنگ نام فناوری خود را گوییی (Guiyi) گذاشته است که به معنای بازگشت به یک یا بازگشت به واحد است.
افزایش ظرفیت ذخیرهسازی با بهرهگیری از رفتارهای کوانتومی
دستاورد این گروه تنها به ذخیرهسازی داده با یک الکترون منفرد محدود نمیشود. فناوری گوییی همچنین به پژوهشگران کمک کرده است تا پدیدههایی مانند کوانتیزهشدن ولتاژ برنامهریزی و برنامهریزی خودمحدودشونده را که از رفتارهای کوانتومی محسوب میشوند مورد بررسی و تایید قرار دهند.
به گفته پژوهشگران این رفتارهای کوانتومی میتوانند در آینده برای خواندن و نوشتن دقیق حالت کوانتومی شماره N مورد استفاده قرار گیرند. چنین قابلیتی میتواند به افزایش حجم اطلاعات قابل ذخیرهسازی روی یک تراشه واحد کمک کند و ظرفیت حافظههای آینده را فراتر از فناوریهای فعلی افزایش دهد.
تلاش برای تجاریسازی فناوری در پنج سال آینده
با توجه به ظرفیت این فناوری برای ایجاد تحول در شیوه ذخیرهسازی و استفاده از دادههای دودویی اکنون توجهها به امکان تجاریسازی و ورود آن به کاربردهای گسترده جلب شده است.
ژو پنگ قصد دارد در سال جاری میلادی یک شرکت تاسیس کند و فناوری توسعهیافته را طی پنج سال آینده به بازار برساند. با این حال پیش از ورود این فناوری به بازار باید مراحل توسعه و تولید انبوه را پشت سر بگذارد.
ژو در گفتوگو با روزنامه ساوت چاینا مورنینگ پست اظهار کرده است که این فناوری ابتدا باید به مرحله تولید انبوه برسد و پس از آن میتواند رویکردهای موجود در صنعت ذخیرهسازی داده را دگرگون کرده و این صنعت را با تحولات گستردهای مواجه کند.
سابقه پژوهشگران چینی در توسعه فناوریهای جدید حافظه
تراشه دوبعدی جدید تنها دستاورد گروه پژوهشی ژو پنگ در حوزه فناوریهای ذخیرهسازی داده نیست. پژوهشگران این گروه سال گذشته در ماه آوریل از فناوری PoX رونمایی کردند که به گفته آنها سریعترین حافظه ذخیرهسازی غیرفرار جهان است.
شش ماه بعد نیز این گروه فناوری دیگری با نام Changying را معرفی کرد؛ یک چارچوب یکپارچهسازی تراشههای اتمی که امکان ادغام فناوری PoX با سختافزارهای مبتنی بر سیلیکون را فراهم میکند.
این فناوری در نهایت به توسعه نخستین تراشه حافظه فلش هیبریدی دوبعدی سیلیکونی جهان منجر شد؛ دستاوردی که میتواند مسیر توسعه نسل جدید حافظهها و تراشههای ذخیرهسازی را هموار کند.
به نقل از برنا، در مجموع ترکیب حافظههای دوبعدی، فناوری گرافن و ذخیرهسازی داده با تعداد بسیار کمی الکترون میتواند در آینده به کاهش چشمگیر مصرف انرژی در پردازش داده منجر شود.
این پیشرفت همچنین میتواند یکی از موانع مهم اجرای مدلهای هوش مصنوعی روی دستگاههای شخصی مانند تلفنهای همراه را برطرف کند، بهگونهای که مدلهای پیشرفته هوش مصنوعی بتوانند با مصرف انرژی بسیار پایینتر بهصورت مستقیم روی گوشی اجرا شوند و برای پردازش اطلاعات وابستگی کمتری به مراکز داده و زیرساختهای ابری داشته باشند.