Láng giềng Việt Nam ra mắt ổ cứng nhanh nhất thế giới, hứa hẹn cách mạng hóa công nghệ lưu trữ

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán (Fudan), Trung Quốc, vừa công bố chế tạo thành công thiết bị lưu trữ có tốc độ nhanh nhất thế giới, với khả năng ghi và xóa dữ liệu chỉ trong 400 pico giây – nhanh hơn gấp 100.000 lần so với công nghệ hiện tại. Đáng chú ý, thiết bị đột phá này chỉ nhỏ bằng một hạt gạo.

Sản phẩm có tên gọi “Poxiao” (tạm dịch: Bình minh), được giới thiệu trên tạp chí Nature hôm thứ Năm, đánh dấu bước tiến lớn trong lĩnh vực vật lý điện tử. Dù nguyên mẫu hiện tại chỉ lưu trữ được dung lượng ở mức kilobyte, đủ để chứa một bài viết ngắn, nhưng tiềm năng công nghệ mà nó mở ra có thể làm thay đổi hoàn toàn ngành trí tuệ nhân tạo (AI) và điện toán hiện đại .

Trong khi các hệ thống bộ nhớ đương thời đang bị kẹt giữa hai lựa chọn – tốc độ cao nhưng tiêu tốn năng lượng và dung lượng thấp (như SRAM, DRAM), hoặc dung lượng lớn nhưng tốc độ chậm (như flash) – Poxiao được kỳ vọng sẽ dung hòa được cả hai yếu tố: tốc độ vượt trội và khả năng lưu trữ bền vững.

Theo nhóm nghiên cứu, giới hạn tốc độ trong lưu trữ dữ liệu từ lâu là nút thắt kỹ thuật cản trở sự phát triển của các bộ vi xử lý và hệ thống AI tiên tiến. Với thiết kế mới, các ranh giới giữa bộ nhớ và bộ xử lý đang dần được xóa nhòa, mở ra tương lai nơi bộ não AI có thể đọc và viết dữ liệu với tốc độ suy nghĩ.

Bộ nhớ flash truyền thống hoạt động dựa trên các bóng bán dẫn cổng nổi – nơi dòng electron di chuyển vào và ra khỏi một khu vực lưu trữ điện tích dưới tác động của điện áp, cho phép ghi và xóa dữ liệu. Trước đây, các nỗ lực tăng tốc thiết bị lưu trữ này chủ yếu tập trung vào việc “làm nóng” electron để tăng năng lượng trước khi di chuyển. Tuy nhiên, theo ông Liu Chunsen – trưởng nhóm nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán – phương pháp này đã đạt đến giới hạn vật lý và không thể mang lại đột phá.

“Đã 60 năm kể từ khi Bell Labs giới thiệu bóng bán dẫn cổng nổi. Nếu chỉ dựa vào các mô hình truyền thống hay thay đổi vật liệu, chúng tôi sẽ mãi chỉ đi từng bước nhỏ. Vì vậy, chúng tôi quyết định đi theo hướng hoàn toàn mới”, ông Liu cho biết.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một cơ chế mới có tên gọi "2D enhanced hot-carrier injection", cho phép electron chuyển thẳng từ trạng thái năng lượng thấp sang trạng thái cao mà không cần giai đoạn tăng tốc ban đầu. Kỹ thuật này đã giúp họ chế tạo thành công nguyên mẫu bộ nhớ flash đạt tốc độ ghi và xóa dữ liệu chỉ trong 400 pico giây – nhanh hơn cả bộ nhớ SRAM vốn được coi là loại nhớ dễ bay hơi nhanh nhất hiện nay.

So với bộ nhớ flash truyền thống vốn mất hàng trăm micro giây cho mỗi thao tác ghi hoặc xóa, tốc độ của thiết bị mới được cải thiện hơn 100.000 lần. Trên website chính thức của Đại học Phúc Đán, thiết bị này được mô tả là “công nghệ lưu trữ bán dẫn nhanh nhất thế giới” với tiềm năng tích hợp đồng thời cả khả năng tính toán và lưu trữ – điều từ trước đến nay chỉ là lý thuyết.

“Với công nghệ này, máy tính cá nhân trong tương lai có thể xóa nhòa ranh giới giữa bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài. Cấu trúc phân cấp lưu trữ hiện tại có thể bị thay thế hoàn toàn, mở đường cho việc triển khai cục bộ các mô hình AI lớn”, báo cáo của trường viết.

Công trình nghiên cứu này bắt đầu từ năm 2015. Đến năm 2021, nhóm đề xuất mô hình lý thuyết ban đầu, và chỉ một năm sau đã chế tạo thành công thiết bị nguyên mẫu với chiều dài kênh chỉ 8 nanomet – vượt qua giới hạn vật lý của bộ nhớ flash silicon truyền thống là khoảng 15 nanomet.

Hiện tại, “Poxiao” đang trong giai đoạn chuyển giao sản xuất. Với việc tích hợp thành công cùng công nghệ CMOS, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được chip lưu trữ ở cấp độ kilobyte. Trong vòng năm năm tới, họ kỳ vọng có thể mở rộng quy mô lưu trữ lên hàng chục megabyte, tiến tới thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi.

Tham khảo South China Morning Post (SCMP)

>> Microsoft đạt đột phá về máy tính lượng tử - 'quân bài tẩy' trong cuộc chiến Mỹ Trung?