Các nhà khoa học tại Đại học Phúc Đán (Fudan University, Thượng Hải) vừa phát triển một loại bộ nhớ flash hai chiều (2D flash memory) có khả năng lưu trữ dữ liệu ở nhiệt độ phòng chỉ bằng một electron duy nhất. Thành tựu này có thể giảm mạnh mức tiêu thụ năng lượng của bộ nhớ, mở ra triển vọng giúp các mô hình AI hoạt động trực tiếp trên điện thoại mà không cần phụ thuộc quá nhiều vào các trung tâm dữ liệu khổng lồ.
Hiện nay, các loại bộ nhớ RAM và bộ nhớ lưu trữ tiên tiến đều phải thực hiện hai nhiệm vụ: lưu trữ dữ liệu nhị phân và đảm bảo dữ liệu không bị suy giảm theo thời gian.
Để làm được điều đó, mỗi bit dữ liệu cần tới khoảng 200.000 electron nhằm duy trì tín hiệu đủ ổn định. Điều này khiến các hệ thống AI hiện đại tiêu tốn lượng điện năng rất lớn và phải dựa vào hạ tầng điện toán đám mây.
Nếu có thể giảm đáng kể số electron cần thiết để lưu trữ thông tin, nhiều tác vụ AI sẽ được xử lý ngay trên thiết bị đầu cuối thay vì phải gửi dữ liệu về máy chủ từ xa.
Ý tưởng này đã được giới nghiên cứu theo đuổi nhiều năm nhưng cho tới nay vẫn chưa đạt được bước đột phá đáng kể.
Guiyi – từ hàng trăm nghìn electron xuống chỉ còn một
Theo nhóm nghiên cứu do Giáo sư vi điện tử Chu Bằng (Zhou Peng) dẫn đầu, thách thức lớn nhất nằm ở việc phát hiện và kiểm soát một electron duy nhất.
Ông ví điều này giống như cố gắng phát hiện những gợn sóng do một giọt nước tạo ra giữa cả một hồ nước rộng lớn.
Để giải quyết bài toán, nhóm đã thiết kế bộ nhớ flash 2D sử dụng graphene – vật liệu chỉ dày một lớp nguyên tử nhưng có khả năng dẫn điện và giữ electron rất tốt.
Thiết kế mới thay đổi cấu trúc "thành hồ chứa", khiến electron khó thất thoát hơn, đồng thời khuếch đại tín hiệu của một electron thành tín hiệu điện đủ lớn để có thể đọc được.
Trong các thử nghiệm, tín hiệu của một electron đạt khoảng 0,5 volt, trong khi nhiều hệ thống trước đây chỉ ghi nhận tín hiệu ở mức vài chục millivolt.
Tên gọi của công nghệ mới là Guiyi (归一), có nghĩa là "quy về một".
Ý tưởng này lấy cảm hứng từ một tư tưởng trong Phật giáo Trung Hoa, cho rằng một hạt cải nhỏ cũng có thể chứa cả núi Tu Di, hàm ý những điều vĩ đại có thể hội tụ trong những yếu tố nhỏ bé nhất.
Không chỉ chứng minh khả năng lưu trữ dữ liệu bằng một electron, Guiyi còn giúp nhóm nghiên cứu xác nhận các hiện tượng lượng tử như lượng tử hóa điện áp lập trình và tự giới hạn quá trình lập trình.
Những đặc tính này có thể cho phép chip ghi và đọc chính xác từng trạng thái lượng tử khác nhau, qua đó tăng lượng thông tin có thể lưu trên cùng một ô nhớ.
Điều gì sẽ xảy ra tiếp theo?
Với tiềm năng thay đổi hoàn toàn cách lưu trữ dữ liệu số, nhiều chuyên gia kỳ vọng công nghệ này sớm được thương mại hóa.
Giáo sư Zhou Peng cho biết ông dự định thành lập doanh nghiệp ngay trong năm nay, với mục tiêu đưa công nghệ Guiyi ra thị trường trong vòng 5 năm tới.
Trước khi được ứng dụng rộng rãi, bộ nhớ mới vẫn phải trải qua giai đoạn sản xuất hàng loạt và hoàn thiện quy trình chế tạo.
Nếu thành công, công nghệ này có thể làm thay đổi toàn bộ ngành lưu trữ dữ liệu hiện nay.
Đây cũng không phải là bước đột phá đầu tiên của nhóm nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán.
Năm ngoái, họ từng giới thiệu PoX, được đánh giá là bộ nhớ không bay hơi nhanh nhất thế giới. Sáu tháng sau, nhóm tiếp tục công bố Changying – nền tảng tích hợp chip nguyên tử, cho phép PoX kết hợp với phần cứng silicon truyền thống để tạo nên chip nhớ flash lai 2D đầu tiên trên thế giới.
Theo các nhà nghiên cứu, chuỗi công nghệ mới này có thể tạo nền tảng cho thế hệ thiết bị AI tiêu thụ điện năng cực thấp, đủ khả năng chạy trực tiếp trên điện thoại, máy tính cá nhân hoặc các thiết bị IoT mà không cần phụ thuộc vào các trung tâm dữ liệu quy mô lớn.
Theo IE
