Китайские учёные создали революционную память: один электрон на бит и скорость 400 пикосекунд

Прорыв в мире накопителей данных

Учёные Фуданьского университета (Fudan University) в Шанхае разработали два революционных типа энергонезависимой памяти, которые кардинально меняют подходы к хранению и обработке информации. Первая разработка, получившая название Guiyi («Гуйи»), позволяет хранить один бит данных, используя всего один электрон — минимально возможный носитель электрического заряда. Второй проект, PoX, демонстрирует невероятную скорость записи — до 400 пикосекунд на один бит, что в 10 000 раз быстрее обычной флеш-памяти.

Технология единственного электрона

Проект Guiyi решает одну из главных проблем создания ультра-плотной памяти — паразитную краевую ёмкость. Традиционно для фиксации одного бита требуется заряд, формируемый из сотен тысяч электронов. Китайские учёные использовали атомарно тонкие двумерные материалы и разработали самовыравнивающуюся планарную архитектуру, где сток, канал и исток размещены в одной плоскости. Слой графена послужил барьером, не позволяющим электрону покинуть область хранения.

Добавление или удаление одного электрона изменяет пороговое напряжение транзистора на 0,5 В, что позволяет надёжно различать два состояния ячейки. Это почти в десять раз больше, чем в эксперименте 1997 года, где одноэлектронный сигнал составлял 55 мВ и сохранялся менее пяти секунд. Ячейка Guiyi при этом удерживает состояние без питания при комнатной температуре.

Скорость, сравнимая с оперативной памятью

Память PoX также основана на графеновом канале с двумерной структурой Дирака. Это позволяет преодолеть фундаментальные ограничения скорости энергонезависимого хранения информации. В отличие от энергозависимой памяти (SRAM и DRAM), которая теряет данные при отключении питания, PoX сохраняет информацию и обеспечивает доступ к ней со скоростью, превышающей существующие технологии.

Реализованный механизм «сверхзарядки» позволяет заряду пролетать сквозь память без задержек, обходя физические ограничения классических чипов. При скорости до 25 миллиардов операций в секунду устройства могут включаться мгновенно без загрузок и ожидания. Память почти не потребляет энергию и работает без охлаждения.

Перспективы и коммерциализация

Обе технологии открывают возможности для создания вычислительных систем, где крупные модели искусственного интеллекта смогут хранить больше данных рядом с вычинительными блоками, сокращая энергозатратную пересылку данных. Это особенно важно для современных систем ИИ, обрабатывающих терабайты данных в реальном времени.

В настоящий момент продемонстрированы только лабораторные устройства. Для создания полноценных массивов памяти необходимо подтвердить ресурс перезаписи, скорость, процент выхода годных ячеек и стабильность параметров при массовом производстве. Коммерциализация разработок планируется через создание отдельной компании, которая намерена вывести продукты на рынок в течение трёх–пяти лет.