پژوهشگران دانشگاه فودان شانگهای با معرفی نخستین تراشه دوبعدی حافظه جهان، گامی مهم در مسیر تحقق «عصر اتمی» نیمه‌رساناها برداشتند. این دستاورد که در نشریه نیچر منتشر شده، می‌تواند با افزایش چگالی اجزای تراشه‌ها و کاهش مصرف انرژی، قانون مور را به سطحی کاملاً جدید ارتقا دهد.
جزئیات ساخت تراشه دوبعدی حافظه
تیم تحقیقاتی به سرپرستی چونسن لیو موفق شد تراشه‌ای بسازد که به‌طور کامل از مواد اتمی نازک تشکیل شده است. این تراشه با استفاده از فرایند نوآورانه ATOM2CHIP ساخته شد؛ روشی که در آن لایه‌ای از مولیبدن دی‌سولفید با ضخامت تنها چند اتم، مستقیماً روی تراشه استاندارد CMOS رشد داده می‌شود.
نتیجه این فرآیند، ترکیب حافظه NOR دوبعدی با کنترل‌کننده CMOS است؛ ترکیبی که میان پژوهش‌های نانومواد و تولید صنعتی تراشه‌ها پیوندی عملی برقرار می‌کند.
عملکرد تراشه دوبعدی در آزمایش‌ها
این تراشه در آزمایش‌های اولیه بازدهی ۹۴/۳۴ درصدی ثبت کرده که با فناوری‌های صنعتی سیلیکونی برابری می‌کند. ویژگی‌های کلیدی آن عبارتند از:
- مصرف انرژی بسیار پایین؛ تنها ۰/۶۴۴ پیکوژول برای هر بیت
- سرعت نوشتن و پاک کردن داده در حد ۲۰ نانوثانیه
- پایداری داده تا ۱۰ سال و تحمل بیش از ۱۰۰ هزار چرخه نوشتن
- فرکانس کاری ۵ مگاهرتز؛ هرچند پایین‌تر از رایانه‌های امروزی، اما جهشی بزرگ برای حافظه‌های دوبعدی
غلبه بر چالش‌های ساخت تراشه دوبعدی
یکی از موانع اصلی، ناسازگاری ساختاری میان سیلیکون و لایه‌های اتمی بود. پژوهشگران فودان با توسعه روش «چسبندگی انطباقی» توانستند این مشکل را برطرف کنند و لایه دوبعدی را بدون آسیب روی سطح ناهموار سیلیکون قرار دهند. همچنین معماری حفاظتی ویژه‌ای طراحی شد تا لایه‌های اتمی در برابر گرما و تخلیه الکترواستاتیک مقاوم بمانند.
چشم‌انداز محاسبات در مقیاس اتمی
این تراشه دوبعدی حافظه، امکان دسترسی تصادفی، پردازش ۳۲ بیتی و اجرای مستقیم دستورها را فراهم می‌کند. پژوهشگران آن را گامی به سوی 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. ژو پنگ، دیگر عضو تیم تحقیقاتی، نیز معتقد است حافظه‌ها نخستین محصولات مبتنی بر مواد دوبعدی خواهند بود که به تولید انبوه می‌رسند، زیرا علاوه بر نیاز کمتر به مواد اولیه، بازده و سرعت بالاتری نسبت به تراشه‌های مرسوم ارائه می‌دهند.
جمع‌بندی
دستاورد دانشگاه فودان نشان می‌دهد که تراشه دوبعدی حافظه می‌تواند آینده صنعت نیمه‌رسانا را متحول کند. این فناوری نه‌تنها قانون مور را بازآفرینی می‌کند، بلکه مسیر ورود به عصر محاسبات اتمی را هموار می‌سازد؛ عصری که در آن سرعت، بازده و صرفه‌جویی انرژی در بالاترین سطح ممکن قرار خواهد گرفت.
سینا علیپور
او دانشجوی رشته مهندسی کامپیوتر در مقطع کارشناسی است و فعالیت حرفه‌ای خود را در عرصه رسانه از سال ۱۳۹۸ با یک بلاگ شخصی در حوزه فناوری آغاز کرده است. وی پس از مدتی به عنوان نویسنده آزاد در مجله‌های آنلاین تکنولوژی فعالیت کرد و در حال حاضر، دبیر سرویس نقد و بررسی گجت‌های هوشمند در یک مجله معتبر تکنولوژی است.
