Китайцы разработали флеш-память со «сверхсветовой скоростью» — она в 100 000 раз быстрее обычного кеша

Китайские исследователи из Университета Фудань представили прототип энергонезависимой памяти, который по скорости чтения и записи превосходит существующие коммерческие аналоги в десятки тысяч раз. Разработка, получившая название «Рассвет» (Poxiao), работает на скорости 400 пикосекунд (0,4 наносекунды) — это в 100 000 раз быстрее, чем у современной статической памяти (SRAM). Однако ключевой вопрос заключается не в рекордных показателях лабораторного образца, а в том, сможет ли эта технология преодолеть разрыв между физикой квантовых эффектов и серийным производством.

Физика горячих электронов: отказ от полевых транзисторов

Авторы исследования прямо указывают, что классическая архитектура флеш-памяти на основе полевых транзисторов исчерпала свой потенциал. За 60 лет, прошедших с момента изобретения этой технологии, фундаментальный принцип управления каналом с помощью электромагнитного поля не изменился. Электроны необходимо «разогнать» и заставить преодолеть энергетический барьер, что накладывает жёсткие ограничения на скорость.

Китайские учёные предложили альтернативу, используя графен и диселенид вольфрама (WSe₂) в качестве канальных материалов. В этой конфигурации управляющее поле распределяется вдоль канала таким образом, что электроны попадают в ячейку памяти в «перегретом» состоянии — с аномально высокой кинетической энергией. Графен, как дираковский материал, заставляет электроны вести себя как безмассовые частицы, что сводит к минимуму потери энергии при перемещении. Этот подход, названный 2D-улучшенной инжекцией горячих носителей, позволяет достичь тока инжекции в 60,4 пА/мкм при напряжении всего 3,7 В.

Цифры, которые впечатляют, и ёмкость, которая смущает

Прототип демонстрирует выдающуюся выносливость: более 5,5 миллиона циклов перезаписи без деградации. Скорости чтения и записи симметричны — по 0,4 нс. Однако ёмкость устройства составляет всего 1 килобайт. На данном этапе это не накопитель, а скорее демонстратор технологии — ячейка, доказывающая, что субнаносекундная энергонезависимая память возможна в принципе.

Исследователи обещают в течение пяти лет нарастить объём до десятков мегабайт, получить лицензию и вывести продукт на рынок. Но путь от лабораторного прототипа до коммерческого SSD или модуля оперативной памяти требует решения нетривиальных задач: масштабирования 2D-материалов, обеспечения однородности свойств на пластине и интеграции с существующими техпроцессами.

Работа в этом направлении ведётся с 2015 года. В 2021 году была опубликована теоретическая модель, а в 2024 году учёные создали сверхбыстрое устройство с длиной канала 8 нм, что уже превзошло физический предел для кремниевой флеш-памяти (около 15 нм). Новый прототип — не просто эволюция, а смена парадигмы: вместо управления полем используется баллистический перенос горячих носителей в двумерных материалах.

Если технология будет масштабирована, она способна изменить архитектуру вычислительных систем. Энергонезависимая память со скоростью SRAM и плотностью NAND Flash может устранить «стену памяти» — разрыв между скоростью процессора и скоростью обмена данными с накопителем. Это означает, что в перспективе компьютеры смогут загружаться мгновенно, а базы данных — обрабатывать запросы без задержек на подкачку страниц. Однако до этого момента индустрии предстоит решить, готова ли она отказаться от кремния ради графена.