Stworzenie pamięci nieulotnej o ogromnej prędkości zapisu to wyzwanie, które stoi na drodze do powstania cyfrowego mózgu. W świecie konsumenckiej elektroniki ciągle słyszymy o coraz szybszych dyskach SSD, ale daleko nam do rezultatów, jakie mogłyby pozwolić na przetwarzanie większej ilości danych. Z jednej strony jesteśmy na torze do stworzenia szybkiej pamięci kwantowej działającej w temperaturze pokojowej, a z drugiej w dalszym ciągu cyfrowy świat opiera się na pamięciach flash i to one są niezbędne w codziennym użytkowaniu elektroniki na całym świecie.
Być może praca naukowa uczonych z uniwersytetu Fudan w Szanghaju nie od razu znajdzie zastosowanie w naszych laptopach czy telefonach. Być może nie trafi tam nigdy, przynajmniej w zaprezentowanej w ostatnim czasie formie. Nie zmienia to faktu, że jest istotna i może wyznaczyć trendy badań na najbliższe lata, a nawet dekady. To odpowiedź na pamięć zmiennofazową, jaką zaprezentowano w ubiegłym roku w Korei i kolejny krok do stworzenia neuromorficznych systemów komputerowych.
Grafen zmienia strukturę pamięci flash. PoX bije rekordy
Jak zazwyczaj w kluczowych wynalazkach, w pamięci PoX (z ang. Phase-change Oxide) pomyślano o zastąpieniu tradycyjnie używanych technologii rozwiązaniami o większej prędkości, ale teoretycznie mniejszej stabilności. Tak otrzymano pamięć, która zamiast na krzemie, opiera swój rdzeń na grafenie. Zespół naukowców dowodzonych przez Zhou Penga skorzystał z właściwości tzw. stożka Diraca, który pozwala na szybkie i swobodne przemieszczanie się ładunków elektrycznych. Dzięki zjawisku nazwanemu “2D super-injection” udało się uzyskać niemal nieograniczony przepływ ładunków do warstwy przechowującej dane.
Jak błyskawiczny jest ten dostęp? 25 miliardów operacji na sekundę. Taką prędkość obiecują uczeni z uniwersytetu Fudan w Szanghaju. To rekord imponujący o tyle, że poprzednie rezultaty osiągnięte w porównywalnej technologii są wolniejsze nawet o 10000 razy. Oznacza to, że na jedną operację “czeka się” zaledwie 400 pikosekund, co przebija rezultaty pamięci ulotnych jak SRAM czy DRAM, które jedną operację, bez zapisywania danych, realizują od 1 do 10 nanosekund. Tak spektakularne pobicie poprzednich osiągnięć wywołało sensację i zasłużyło na publikację w czasopiśmie Nature.
Naukowcy z Państwowego Laboratorium Układów Scalonych i Systemów Zintegrowanych Uniwersytetu Fudan wierzą w zastosowanie takiej pamięci także w urządzeniach konsumenckich. Mają za sobą pierwszy etap testów funkcjonalnych na działającym chipie.
Przyszłość potrzebuje prędkości. Nawet ta kwantowa
Cały świat nie przejdzie z miejsca na kwantowe komputery. Będziemy musieli opierać się na stabilnej architekturze komputerowej przy jednoczesnym coraz większym przepływie danych. Oczywiście superszybkie pamięci flash nie dotrą do konsumentów prędko, a ich koszt produkcji przez kolejne dekady może stać się ogromną przeszkodą do popularyzacji. Jednocześnie przez lata wiele postępu technologicznego jako ludzkość niewiele powstrzymywało nas przed ostateczną demokratyzacją przynajmniej części rozwiązań.
Czytaj też: Komputery kwantowe badają własne splątanie. Ich możliwości powalają na kolana
Chiński wynalazek może też otworzyć nowy rozdział technologicznej rywalizacji, w której Stany Zjednoczone nieustannie stawiają kłody pod nogi chińskiej myśli technologicznej. Jeżeli udałoby się wytwarzać dużą ilość pamięci zdolnych do bardzo szybkich operacji, mniejsze znaczenie mogłaby mieć moc sprzętowa, do której dostęp jest ograniczany na etapie produkcji półprzewodników, a większe – ilość danych, które można wpuścić chociażby do algorytmu przypominającego strukturę mózgu. A gdy chodzi o dostęp do danych, Chiny to kraj o wielkim potencjale do ich zdobywania.
Jeżeli przyszłość będzie rysowała się w barwach malowanych przez technologicznych liderów, większa prędkość zapisywania danych będzie potrzebna w niemal każdej dziedzinie życia. Przewagą PoX jest ogromna prędkość przy jednoczesnym niskim zapotrzebowaniu na energię. Naukowcy rozwijający modele sztucznej inteligencji muszą zatem zacierać ręce na myśl o operacjach, które dzięki temu będą mogły odbyć się o wiele szybciej. Cieszą się także ci, którzy chcieliby wykorzystać takie pamięci w systemach o niskim dopływie energii.