بازآفرینی قانون مور با تراشه‌ای که فقط چند اتم ضخامت دارد

تیمی از پژوهشگران دانشگاه Fudan در شانگهای به سرپرستی «چونسن لیو» موفق شده‌اند نخستین تراشه حافظه کاملاً دوبعدی را بسازند که به‌طور کامل از مواد اتمی نازک ساخته شده است. این دستاورد نشان می‌دهد نیمه‌رساناهای در حد چند اتم می‌توانند با فناوری متداول سیلیکونی ترکیب شوند؛ امری که تا چند سال پیش غیرممکن به نظر می‌رسید.

به گزارش دیتاسنتر من و به نقل از تک‌اسپات، این تراشه با استفاده از فرایندی موسوم به ATOM2CHIP ساخته شده است. در این روش، لایه‌ای از «مولیبدن دی‌سولفید» به ضخامت تنها چند اتم، مستقیماً روی تراشه استاندارد CMOS با فناوری ۰/۱۳ میکرومتر رشد داده می‌شود. نتیجه، سیستمی ترکیبی است که حافظه NOR دوبعدی را با کنترل‌کننده CMOS ترکیب می‌کند و میان پژوهش‌های نانومواد و تولید صنعتی تراشه‌ها پل می‌زند.

تراشه جدید در آزمایش‌ها بازدهی ۹۴/۳۴ درصدی نشان داده که با فناوری صنعتی سیلیکون برابری می‌کند. هر بیت تنها ۰/۶۴۴ پیکوژول انرژی مصرف می‌کند و از سرعت نوشتن و پاک کردن ۲۰ نانوثانیه، پایداری داده تا ۱۰ سال و دوام بیش از ۱۰۰هزار چرخه نوشتن برخوردار است. این حافظه با فرکانس کاری ۵ مگاهرتز عمل می‌کند؛ عددی نه‌چندان بالا در مقیاس رایانه‌های امروزی، اما جهشی چشمگیر برای حافظه‌های دوبعدی.

 

یکی از چالش‌های بزرگ، ناسازگاری ساختاری میان سیلیکون و لایه‌های اتمی بود. تیم Fudan با توسعه روش چسبندگی انطباقی توانست این مشکل را حل کند تا لایه دوبعدی بدون پارگی روی سطح ناهموار سیلیکون قرار گیرد. افزون بر این، معماری حفاظتی ویژه‌ای برای محافظت از لایه‌های اتمی در برابر گرما و تخلیه الکترواستاتیک طراحی شد.

به‌منظور کارکرد درست لایه دوبعدی در محیط پیچیده سیلیکونی، این پژوهشگران سیستم چندسکویی ویژه‌ای توسعه دادند که آرایه حافظه دوبعدی را به منطق کنترل‌کننده CMOS متصل می‌کند. این ساختار امکان دسترسی تصادفی، پردازش ۳۲بیتی و اجرای مستقیم دستورها را فراهم می‌سازد.

پژوهشگران این پیشرفت را گامی به‌سوی محاسبات ناهمگن در مقیاس اتمی می‌دانند؛ جایی که حافظه‌های فوق‌چگال و کم‌مصرف مستقیماً بر بالای مدارهای پردازشگر قرار می‌گیرند. به گفته لیو، ترکیب مواد نو با معماری‌های استاندارد می‌تواند چرخه نوآوری نیمه‌رسانا را از چند دهه به چند سال کاهش دهد.

به باور ژو پنگ، یکی از نویسندگان مقاله، حافظه‌ها احتمالاً نخستین محصولات مبتنی بر مواد دوبعدی خواهند بود که به تولید انبوه می‌رسند، زیرا در عین نیاز کمتر به مواد پایه، بازده و سرعت بالاتری نسبت به تراشه‌های مرسوم ارائه می‌دهند.