ПРЕДСТАВЛЕНА САМАЯ БЫСТРАЯ В МИРЕ ПАМЯТЬ СО СКОРОСТЬЮ 400 ПИКОСЕКУНД

ПРЕДСТАВЛЕНА САМАЯ БЫСТРАЯ В МИРЕ ПАМЯТЬ СО СКОРОСТЬЮ 400 ПИКОСЕКУНД

Компьютерный мир десятилетиями существовал с одним очень простым, но непреодолимым, а потому фундаментальным разделением технологий хранения данных. С одной стороны — быстрая, но энергозависимая оперативка, теряющая все данные при отключении питания.

 С другой — надежная, но медлительная флеш-память, сохраняющая информацию даже без электричества. Этот технологический компромисс казался неизбежным, определяя архитектуру всех современных вычислительных устройств от смартфонов до суперкомпьютеров.

 Однако исследователи из Фуданьского университета в Шанхае, похоже, нашли способ преодолеть это ограничение, создав технологию, которая может изменить наше представление о компьютерной памяти.

➤ Что такое PoX и почему это важно

Новый тип памяти , получивший название PoX (Phase-change Oxide) отличается беспрецедентной скоростью записи данных, которая составляет всего 400 пикосекунд на бит.

Пикосекунда – это одна триллионная доля секунды. 

Таким образом PoX-память превосходит по скорости не только флеш-, но даже оперативную память, которая требует от 1 до 10 наносекунд для записи каждого бита информации. Теоретически она способна записать 1 ГБ данных примерно за 3,3 секунды, что открывает совершенно новые возможности для вычислительных систем. 

Да, существует еще статическая память SRAM, используемая в кэше процессоров, которая быстрее DRAM и обеспечивает еще более быструю запись данных на скорости около 1 наносекунды. Но она также энергозависима, имеет очень высокое энергопотребление и низкую плотность хранения, что делает ее пригодной только для небольших объемов данных, требующих максимально быстрого доступа.

Чжоу Пэн, руководитель проекта, описал разницу в производительности так: традиционная USB-флешка выполняет тысячу операций за время, за которое устройство на основе PoX способно выполнить миллиард операций. Такой колоссальный разрыв в производительности открывает совершенно новые возможности для вычислительных систем.

Но ее главное преимущество заключается даже не в быстродействии, а в энергонезависимости, то есть способности хранить данные даже после полного отключения питания. 

На этом фоне PoX выглядит как технология, объединяющая лучшие качества всех существующих типов памяти. Только как так получилось?

➤ Как работает самая быстрая память в мире

Традиционная флеш-память основана на использовании кремниевых каналов для перемещения и хранения электронов. Исследователи Фуданьского университета полностью переосмыслили этот концепт, использовав вместо кремния двумерный графен.

Это материал с абсолютно уникальными свойствами, который представляет собой одноатомный слой углерода, организованный в гексагональную решетку. В такой структуре электроны движутся практически без сопротивления, как если бы они не имели массы. Это свойство позволяет им перемещаться с минимальными потерями энергии и максимальной скоростью, что критически важно для создания сверхбыстрой памяти.

Также исследователи значительно уменьшили длину канала памяти, доведя ее до 8 нанометров. Это меньше физического предела для кремниевой флеш-памяти, который составляет около 15 нанометров. Такое уменьшение размеров привело к возникновению эффекта, названного учеными "двумерной суперинжекцией" — механизма, обеспечивающего чрезвычайно мощный поток зарядов в запоминающий слой устройства.

➤ Где можно применить графеновую PoX-память

Технология PoX имеет потенциал для революционных изменений во многих областях, связанных с обработкой данных и вычислениями.

Одним из наиболее перспективных направлений применения являются системы искусственного интеллекта и машинного обучения. Современные нейронные сети сталкиваются с серьезным ограничением скорости. Процессоры вынуждены постоянно ждать, пока данные будут загружены из относительно медленной памяти, что снижает эффективность вычислений и увеличивает энергопотребление.

Использование PoX может радикально изменить ситуацию, позволив обрабатывать огромные массивы данных в реальном времени без постоянных задержек на обращение к памяти. Это особенно важно для генеративных моделей ИИ, которые работают с терабайтами информации и требуют мгновенного доступа к различным частям модели.

Другим важным направлением являются мобильные устройства, где энергоэффективность и производительность играют критическую роль. Участники исследовательской группы отметили, что уже создали полнофункциональный чип малого масштаба, и следующим шагом будет его интеграция в существующие смартфоны и компьютеры. По их словам, это позволит запускать сложные ИИ-модели непосредственно на мобильных устройствах без проблем с задержками и перегревом, которые сейчас ограничивают возможности локальных вычислений.

В более долгосрочной перспективе PoX может привести к фундаментальному пересмотру всей архитектуры компьютерных систем. Современные компьютеры используют сложную иерархию памяти: от быстрого, но малого по объему кэша процессора до медленной, но емкой долговременной памяти. Если одна и та же технология может обеспечить и сверхвысокую скорость, и энергонезависимость, возникает возможность создания компьютеров с единым пулом универсальной памяти вместо нынешнего разделения на RAM и постоянное хранилище. Такая архитектура будет значительно проще, эффективнее и экономичнее существующих решений.

➤ PoX-память против флеш NAND

На данный момент технология PoX существует в виде лабораторного прототипа. Исследовательская группа создала рабочий чип малого масштаба и провела успешную верификацию технологии, подтвердив заявленные характеристики. Однако путь от лабораторного образца до массового коммерческого продукта обычно долог и сложен, особенно когда речь идет о принципиально новых технологиях.

Во-первых, для управления такой быстрой памятью необходимо разработать контроллеры совершенно нового типа. Потому что существующие решения просто не рассчитаны на скорости в пикосекундном диапазоне.

Во-вторых, открытым остается вопрос о плотности хранения, которую сможет обеспечить PoX. Для успешной конкуренции с современными SSD новая технология должна иметь сопоставимую или большую плотность записи информации на единицу площади чипа. 

В-третьих, необходимо провести множество практических тестов, которые подтвердят надежность PoX-памяти. Ведь если устройства с накопителями нового типа будут выходить из строя раньше, чем решения с NAND-планками, это сильно сократит количество сфер их применения.

Источник: Хабр