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

В журнале Nature вышла статья, в которой учёные из Университета Фудань сообщили о разработке самой быстрой в истории флеш-памяти. Прототип работает на скорости 400 пикосекунд как при записи, так и при чтении. Новая память получила поэтическое название «Рассвет» (Poxiao). Опытный экземпляр отличается скромной ёмкостью. Покорение объёмов начнётся на следующем этапе разработки.

Источник изображения: Nature

Разработкой нового типа памяти учёные из Китая занимаются с 2015 года. В 2021 году они предложили базовую теоретическую модель, а в 2024 году разработали сверхбыстрое устройство флеш-памяти с длиной канала 8 нм, что превысило физический предел размера флеш-памяти на основе кремния, составлявший около 15 нм. Но размеры — не главное. Главное — это невообразимая скорость работы новой энергонезависимой ячейки, которая оказалась в 100 000 раз выше скорости ячейки SRAM.

Учёные отметили, что классическая память на основе управления транзисторным каналом электромагнитным полем имеет фундаментальные ограничения для наращивания скорости записи и чтения. Электроны нужно «разогнать», чтобы заставить их перейти в ячейку памяти или покинуть её. Традиционные полупроводниковые материалы и воздействие на электроны полем делают всё это медленным по современным меркам. По большому счёту, мало что изменилось после изобретения полевого транзистора около 60 лет назад. Для ускорения буквально нужна другая физика.

Китайские учёные предложили использовать в качестве канала графен или условно двумерный полупроводник — диселенид вольфрама (WSe₂). Оба материала ведут себя схожим образом, хотя и имеют отличия. Распределение управляющего электромагнитного поля вдоль каналов таково, что электроны поступают в ячейку «сильно перегретыми» — с крайне высокой для них энергией.

В общем случае графен считается так называемым дираковским материалом, в котором электроны подчиняются квантовым уравнениям Дирака. Использование графена позволяет ускорить перемещение «горячих» электронов и дырок в ячейку памяти, минимизируя потери энергии. Фактически, в созданных условиях электрон как бы становится безмассовой частицей, что позволяет резко увеличить скорости записи и чтения. Работу о субнаносекундной флеш-памяти с 2D-улучшенной инжекцией горячих носителей (Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection) можно найти по этой ссылке. Она свободно доступна для прочтения.

В составе новой памяти тонкий 2D-канал оптимизирует распределение горизонтального электрического поля, повышая эффективность инжекции. Ток инжекции достигает 60,4 пА/мкм при напряжении 3,7 В. Новая память выдерживает более 5,5 млн циклов записи и стирания. Скорости записи и чтения одинаковы — по 0,4 нс для каждого режима. Объём прототипа составляет около 1 килобайта. В течение пяти лет команда обещает увеличить ёмкость до десятков мегабайт, получить лицензию и начать выпуск коммерческих экземпляров.