Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Fudan University ở Thượng Hải vừa công bố đột phá trong công nghệ bộ nhớ Flash với tốc độ xử lý chưa từng có trong lịch sử. Chip bộ nhớ mới mang tên "PoX" (Phase-change Oxide) có khả năng ghi dữ liệu chỉ trong 400 picosecond - tương đương một phần nghìn của nanosecond hay một phần nghìn tỷ của một giây.
Thành tựu này vượt xa kỷ lục thế giới trước đó về tốc độ xử lý bộ nhớ, đạt khoảng 25 tỷ thao tác mỗi giây, nhanh hơn gấp 10.000 lần so với bộ nhớ flash thông thường được sử dụng trong các thiết bị như SSD và USB hiện nay.
Giáo sư Zhou Peng cùng nhóm nghiên cứu của ông đã hoàn toàn cải tiến cấu trúc của bộ nhớ Flash truyền thống. Thay vì sử dụng silicon như thông thường, họ áp dụng công nghệ graphene Dirac hai chiều, vật liệu nổi tiếng với khả năng cho phép các điện tích di chuyển nhanh chóng và tự do.
Nhóm nghiên cứu còn tinh chỉnh thiết kế bằng cách điều chỉnh độ dài Gaussian của kênh bộ nhớ, tạo ra hiện tượng được gọi là "bơm siêu phun 2D" (2D super-injection). Điều này dẫn đến dòng điện tích cực nhanh và gần như không giới hạn vào lớp lưu trữ của bộ nhớ, giúp vượt qua các giới hạn tốc độ mà bộ nhớ thông thường phải đối mặt.
"Bằng cách sử dụng các thuật toán AI để tối ưu hóa điều kiện thử nghiệm quy trình, chúng tôi đã đạt được tiến bộ đáng kể trong đổi mới này và mở đường cho các ứng dụng trong tương lai," Giáo sư Châu Bằng chia sẻ trong một cuộc phỏng vấn với hãng thông tấn Tân Hoa Xã.
Điểm đột phá của công nghệ PoX không chỉ nằm ở tốc độ mà còn ở tính chất "không bay hơi" (non-volatile) của nó. Bộ nhớ SRAM và DRAM truyền thống có tốc độ khá nhanh (từ 1 đến 10 nanosecond) nhưng là bộ nhớ "bay hơi" (volatile), nghĩa là toàn bộ dữ liệu sẽ bị mất khi nguồn điện bị ngắt. Ngược lại, bộ nhớ flash như trong SSD và USB thì "không bay hơi", giữ được dữ liệu ngay cả khi không có điện, nhưng lại rất chậm, thường mất từ micro đến mili giây để xử lý.
PoX kết hợp ưu điểm của cả hai loại: vừa giữ được dữ liệu khi không có điện, vừa có tốc độ cực nhanh ở mức picosecond. Sự kết hợp này có thể giúp loại bỏ nút thắt bộ nhớ tồn tại lâu năm trong phần cứng AI, nơi phần lớn năng lượng hiện đang được sử dụng để di chuyển dữ liệu thay vì xử lý nó.
Để đẩy nhanh việc ứng dụng thực tế công nghệ này, nhóm nghiên cứu đang làm việc chặt chẽ với các đối tác sản xuất trong quá trình nghiên cứu và phát triển. Họ đã hoàn thành bước xác minh tape-out với kết quả ban đầu đầy hứa hẹn.
Ông Liu Chunsen, một nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Hệ thống và Chip tích hợp tại Đại học Fudan University cho biết: "Chúng tôi đã có thể tạo ra một con chip quy mô nhỏ, hoạt động đầy đủ chức năng. Bước tiếp theo là tích hợp nó vào điện thoại thông minh và máy tính hiện có. Với cách này, khi triển khai các mô hình AI cục bộ trên điện thoại và máy tính, chúng ta sẽ không còn gặp phải các vấn đề thắt cổ chai như trì trệ và nóng lên do công nghệ lưu trữ hiện tại gây ra."
Nếu công nghệ PoX có thể được mở rộng quy mô sản xuất, bộ nhớ thế hệ tiếp theo này có thể làm thay đổi mọi thứ từ công nghệ tiêu dùng đến các hệ thống quân sự. Tuy nhiên, câu hỏi duy nhất còn lại là sẽ mất bao lâu để nâng cấp quy mô lớn này đến với các thiết bị thực tế của chúng ta. Cho đến lúc đó, nó vẫn sẽ là một phát triển chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm - đầy hứa hẹn nhưng cuối cùng vẫn chưa được chứng minh trong bối cảnh sử dụng hàng ngày.
Nguyễn Hải (Theo TomsHardware)
