Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
PoX может стать ключом к устранению узких мест производительности, вызванных ограничениями хранения данных в оборудовании для искусственного интеллекта (ИИ).
Исследовательская группа из Фуданьского университета создала самое быстрое полупроводниковое запоминающее устройство из когда-либо зарегистрированных — энергонезависимую флеш-память (тип памяти, сохраняющий данные при отключении питания), получившую название PoX.
Эта память программирует один бит за 400 пикосекунд (пикосекунда равна 10 в −12 секунды, или одна триллионная доля секунды) — что соответствует примерно 25 млрд операций в секунду.
Этот результат выводит энергонезависимую память в область скоростей, ранее доступную только для самых быстрых типов энергозависимой памяти (памяти, требующей постоянного питания для хранения данных, например, ОЗУ), и устанавливает новый стандарт для оборудования ИИ, требующего обработки огромных объёмов данных.Китай разработал сложный полупроводниковый чип толщиной менее нанометра
Преодолевая скоростной предел флеш-памяти
Обычная статическая и динамическая ОЗУ (SRAM, DRAM – основные типы оперативной памяти с произвольным доступом, используемые в компьютерах) записывают данные за 1–10 наносекунд, но теряют всю информацию при отключении питания.
Флеш-чипы, напротив, хранят данные без питания, но обычно требуют от микро- до миллисекунд на операцию записи — что слишком медленно для современных ускорителей ИИ (специализированных процессоров или аппаратных систем, оптимизированных для задач искусственного интеллекта), которые обрабатывают терабайты параметров в реальном времени.
Группа из Фуданя под руководством профессора Чжоу Пэна из Государственной ключевой лаборатории интегральных схем и систем переосмыслила физику флеш-памяти, заменив кремниевые каналы двумерным графеном Дирака (особая форма графена, углеродного материала толщиной в один атом, с уникальными электронными свойствами) и использовав его баллистический транспорт заряда (перемещение электронов через материал почти без столкновений и рассеяния, что обеспечивает сверхвысокую скорость).
Настраивая «гауссову длину» канала, команда добилась двумерной суперинжекции — практически неограниченного потока заряда в слой хранения, который обходит классическое узкое место инжекции (физическое ограничение скорости ввода носителей заряда в запоминающий слой).
«Используя оптимизацию процессов с помощью ИИ, мы довели энергонезависимую память до её теоретического предела», — сказал Чжоу, добавив, что это достижение «открывает путь для будущей высокоскоростной флеш-памяти».
Миллиард циклов в мгновение ока
Соавтор Лю Чуньсэнь сравнивает этот прорыв с переходом от USB-накопителя (флешки), который записывает данные со скоростью около 1000 раз в секунду, к чипу, срабатывает 1 млрд раз за то же время, что человек моргает.
Предыдущий мировой рекорд скорости программирования энергонезависимой флеш-памяти составлял около 2 млн операций в секунду.
Поскольку PoX является энергонезависимой, она сохраняет данные без резервного питания — критически важное свойство для следующего поколения периферийного ИИ (концепция обработки данных ИИ напрямую на устройстве пользователя, а не в удалённом дата-центре) и систем с ограниченным временем автономной работы от батарей.
Сочетание сверхнизкого энергопотребления со скоростью записи в пикосекундном диапазоне может устранить давнее «узкое место» памяти в оборудовании для логического вывода и обучения ИИ (процессы использования уже обученной ИИ-модели для решения задач и процесс её создания/натаскивания данных), где передача данных, а не вычисления, теперь доминирует в энергопотреблении.
Промышленные и стратегические последствия
Флеш-память остаётся краеугольным камнем глобальной полупроводниковой стратегии благодаря своей низкой стоимости и масштабируемости производства.
Достижение Фуданьского университета, предлагает «совершенно оригинальный механизм», который может изменить это. При массовом производстве память типа PoX может устранить необходимость в отдельных высокоскоростных кэш-памятях SRAM (сверхбыстрая буферная память, используемая процессорами для ускорения доступа к часто используемым данным) в ИИ-чипах, сократив занимаемую площадь кристалла и энергопотребление.
Она также может обеспечить мгновенное включение ноутбуков и телефонов с низким энергопотреблением и поддерживать системы управления базами данных, которые хранят все рабочие наборы данных в постоянной памяти (тип памяти, сочетающий скорость ОЗУ с энергонезависимостью хранения данных, как у флеш-памяти и SSD).
Разработка также может усилить внутреннее стремление Китая к обеспечению лидерства в фундаментальных технологиях производства чипов. Команда исследователей пока не раскрыла показатели износостойкости (количество циклов перезаписи) или процента выхода годных изделий при производстве.
Но использование графенового канала предполагает совместимость с существующими процессами обработки 2D-материалов (сверхтонких материалов толщиной в один или несколько атомных слоёв, как графен), которые уже изучаются мировыми производителями полупроводников.
«Наш прорыв может изменить технологии хранения данных, стимулировать модернизацию промышленности и открыть новые сценарии применения», — сказал Чжоу.
Что дальше
Инженеры Фуданьского университета сейчас занимаются масштабированием архитектуры ячеек памяти и работают над демонстрацией работоспособности на уровне массивов ячеек (основы полноценного чипа памяти).
Коммерческие партнёры не названы, но китайские литейные производства (компании, специализирующиеся на массовом производстве чипов, разработанных другими фирмами) активно стремятся интегрировать 2D-материалы в основные производственные линии CMOS (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, доминирующая технология производства большинства современных интегральных микросхем).
В случае успеха PoX может стать новым классом сверхбыстрой и сверхэффективной памяти, отвечающей растущим потребностям ускорителей больших языковых моделей LLM (large language models – класс сложных нейросетевых моделей ИИ, лежащих в основе таких систем, как ChatGPT, способных обрабатывать и генерировать человеческий язык), наконец, предоставив аппаратному обеспечению ИИ носитель данных, который не отстаёт по скорости от его вычислительной логики.
Поделись видео: