رکوردشکنی در دنیای ذخیره‌سازی: حافظه فلش با سرعت ۰٫۴ نانوثانیه معرفی شد

به گزارش نگاه فناوری:در دنیای فناوری اطلاعات و به ویژه در زمینه‌ی سخت‌افزار، سرعت دسترسی و انتقال داده‌ها همواره یکی از عوامل کلیدی در بهبود عملکرد سیستم‌ها بوده است. در همین راستا، تیمی از پژوهشگران برجسته در دانشگاه فودان شانگهای، با تلاش‌های بی‌وقفه و نوآورانه، موفق به توسعه‌ی نوعی حافظه‌ی غیرفرار فوق‌سریع شده‌اند که عملکرد آن در سطح پیکوثانیه قابل توجه است. برای درک بهتر این دستاورد، لازم است بدانیم که حافظه‌ی سطح پیکوثانیه قادر است داده‌ها را در کسری از نانوثانیه، به طور دقیق‌تر در کمتر از یک هزارم نانوثانیه یا یک تریلیونیم ثانیه، بخواند و یا بنویسد. این سرعت، جهشی چشمگیر در فناوری حافظه محسوب می‌شود و می‌تواند افق‌های جدیدی را در زمینه‌های مختلف علمی و صنعتی بگشاید.

تراشه‌ی جدیدی که توسط این تیم تحقیقاتی توسعه یافته و با نام PoX (مخفف Phase-change Oxide) شناخته می‌شود، قادر است وضعیت خود را در تنها ۴۰۰ پیکوثانیه تغییر دهد. این زمان، یک رکورد بی‌سابقه در زمینه‌ی سرعت حافظه‌ها به شمار می‌رود و به مراتب سریع‌تر از رکورد قبلی است که حدود دو میلیون عملیات در ثانیه بود. این پیشرفت نشان‌دهنده‌ی یک جهش فناورانه در نحوه‌ی ذخیره‌سازی و بازیابی اطلاعات است.

برای درک بهتر اهمیت این سرعت فوق‌العاده، می‌توان آن را با عملکرد حافظه‌های سنتی مقایسه کرد. حافظه‌هایی مانند SRAM و DRAM که معمولاً برای ذخیره‌سازی موقت اطلاعات در سیستم‌های کامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گیرند، سرعت نوشتن داده‌ها در بازه‌ی ۱ تا ۱۰ نانوثانیه را دارند. با این حال، یکی از محدودیت‌های اساسی این نوع حافظه‌ها این است که با قطع جریان برق، تمام داده‌های ذخیره شده روی آن‌ها از بین می‌رود و به اصطلاح فرار هستند.

در مقابل، حافظه‌های فلش که به طور گسترده در درایوهای حالت جامد (SSD) و فلش‌درایوهای USB استفاده می‌شوند، از نوع غیرفرار هستند و قادرند داده‌ها را حتی در صورت عدم وجود جریان برق نیز حفظ کنند. این ویژگی، حافظه‌های فلش را برای ذخیره‌سازی دائمی اطلاعات بسیار مناسب می‌سازد. با این وجود، یکی از نقاط ضعف اصلی حافظه‌های فلش، سرعت نسبتاً پایین آن‌ها در مقایسه با حافظه‌های SRAM و DRAM است. این کندی سرعت، استفاده از حافظه‌های فلش را برای سیستم‌های هوش مصنوعی مدرن که نیازمند جابه‌جایی و به‌روزرسانی سریع حجم عظیمی از داده‌ها هستند، با محدودیت‌هایی مواجه می‌کند.

حافظه‌ی PoX که توسط پژوهشگران دانشگاه فودان توسعه یافته است، با ترکیب دو ویژگی کلیدی یعنی سرعت فوق‌العاده در سطح پیکوثانیه و مصرف انرژی بسیار پایین، این پتانسیل را دارد که گلوگاه مزمن موجود در سخت‌افزارهای هوش مصنوعی را به طور اساسی برطرف کند. در سیستم‌های هوش مصنوعی فعلی، بخش قابل توجهی از انرژی صرف جابه‌جایی داده‌ها بین حافظه و پردازنده می‌شود، نه پردازش خود داده‌ها. حافظه‌ی PoX می‌تواند با ارائه‌ی سرعت و کارایی بالا، این مشکل را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و امکان پردازش‌های پیچیده‌تر و سریع‌تر را فراهم آورد.

پروفسور ژو پنگ و تیم تحقیقاتی ایشان در دانشگاه فودان، برای دستیابی به این موفقیت چشمگیر، ساختار حافظه‌ی فلش را از پایه بازطراحی کرده‌اند. آن‌ها در ساخت این حافظه‌ی نوآورانه، به جای استفاده از سیلیکون سنتی، از گرافن دوبعدی دیراک بهره برده‌اند. گرافن، ماده‌ای است که به دلیل تحرک بسیار بالای بار الکتریکی در ساختار خود، شناخته شده است و این ویژگی آن را برای کاربردهای الکترونیکی پرسرعت بسیار مناسب می‌سازد.

تیم دانشگاه فودان با اعمال تنظیمات دقیق در طول کانال حافظه، موفق به ایجاد پدیده‌ای موسوم به «سوپر-تزریق دوبعدی» شده‌اند. این پدیده، امکان جریان شارژ بسیار سریع و تقریباً بدون محدودیت به لایه‌ی ذخیره‌سازی حافظه را فراهم می‌آورد و بدین ترتیب، محدودیت‌های سرعت موجود در حافظه‌های رایج را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. این نوآوری در طراحی، کلیدی‌ترین عامل در دستیابی به سرعت بی‌سابقه‌ی ۴۰۰ پیکوثانیه در تراشه‌ی PoX بوده است.

پروفسور ژو در گفت‌و‌گو با خبرگزاری شین‌هوا، ضمن ابراز خرسندی از این دستاورد، اعلام کرده‌اند که با استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی شرایط تست فرآیند ساخت این حافظه، توانسته‌اند عملکرد آن را به طور چشمگیری بهبود بخشند و مسیر استفاده‌ی عملی از این فناوری را هموار کنند. این نشان می‌دهد که خود هوش مصنوعی نیز در توسعه‌ی فناوری‌های سخت‌افزاری پیشرفته نقش فزاینده‌ای ایفا می‌کند.

به منظور تسریع در فرآیند تجاری‌سازی فناوری PoX و ورود آن به بازار، تیم تحقیقاتی فودان همکاری نزدیکی را با شرکای صنعتی در مراحل تحقیق و توسعه آغاز کرده است. بر اساس گزارش‌های منتشر شده، تأییدیه‌ی اولیه‌ی طراحی این تراشه نیز با موفقیت انجام شده و نتایج اولیه‌ی به دست آمده از نمونه‌های ساخته شده، بسیار امیدوارکننده بوده است.

لیو چون‌سن، پژوهشگر ارشد آزمایشگاه کلیدی تراشه‌های مجتمع در دانشگاه فودان، در این باره می‌گوید: «ما موفق شده‌ایم یک تراشه‌ی کوچک و کاملاً عملیاتی بسازیم که عملکرد مورد نظر را ارائه می‌دهد. قدم بعدی در این مسیر، ادغام این فناوری نوظهور در گوشی‌های هوشمند و کامپیوترهای فعلی است. پس از تحقق این امر، انتظار می‌رود که مدل‌های هوش مصنوعی محلی که بر روی گوشی‌ها و کامپیوترها اجرا می‌شوند، بدون مشکلاتی نظیر کندی عملکرد و افزایش دما، به صورت روان و کارآمد عمل کنند.» این اظهارات نشان می‌دهد که این فناوری نه تنها در مراکز داده و سرورها، بلکه در دستگاه‌های مصرفی روزمره نیز می‌تواند تحولات چشمگیری ایجاد کند و تجربه‌ی کاربری را به سطحی کاملاً جدید ارتقا بخشد.