Китайские учёные создали самую быструю в мире флеш-память "PoX". Как это изменит серверные и сетевые технологии?

Исследователи из Фуданьского университета (Шанхай, Китай) разработали революционное устройство хранения данных, названное PoX (Phase-change Oxide), способное записывать информацию за невероятные 400 пикосекунд (0,0000000004 секунды). Результаты работы, опубликованные в журнале Nature, устанавливают новый мировой рекорд скорости для энергонезависимой флеш-памяти (NVRAM), превосходя существующие технологии в тысячи раз.

Современные серверные и сетевые системы сталкиваются с ограничениями производительности из-за медленных процессов записи на флеш-накопители и зависимостью от быстродействующей, но энергозависимой оперативной памяти (DRAM). Обычные флеш-чипы требуют миллисекунды на запись, тогда как DRAM выполняет операции в диапазоне 1–10 наносекунд, но при этом полностью теряет данные при отключении питания.

Новая технология PoX сочетает преимущества обоих подходов: она одновременно сверхбыстрая и энергонезависимая.

В чём секрет новой технологии PoX?

Команда под руководством профессора Чжоу Пэна радикально переосмыслила архитектуру флеш-памяти. Вместо традиционных кремниевых каналов учёные применили двумерный графен с линейным спектром, который обеспечивает так называемый «баллистический» перенос зарядов, устраняя стандартное ограничение скорости записи.

Настроив специальный параметр, называемый «гауссовой длиной канала», исследователи добились эффекта двухмерной супер-инжекции. Это означает практически мгновенный и неограниченный перенос заряда, ранее считавшийся невозможным в энергонезависимой памяти.

Проще говоря, учёные заменили традиционный кремниевый материал, через который передаются электрические заряды, на сверхтонкий слой графена — материала, похожего на очень тонкую плёнку из атомов углерода. Графен позволяет зарядам двигаться практически без сопротивления, что сильно ускоряет процесс записи данных. Настроив специальные параметры этого материала, исследователи получили возможность моментально отправлять большое количество зарядов в память, обходя привычные ограничения скорости обычной флеш-памяти. Это похоже на замену узкой просёлочной дороги на современный многополосный автобан, по которому данные двигаются намного быстрее.

Как отметил профессор Чжоу в интервью агентству Xinhua:
- Используя оптимизацию процессов с помощью искусственного интеллекта, мы приблизили энергонезависимую память к её теоретическому пределу.

Соавтор исследования Лю Чуньсен сравнил полученный результат с переходом от USB-флешки, записывающей данные тысячу раз в секунду, к чипу, который делает это миллиард раз за одно мгновение.

Как PoX изменит серверную и сетевую инфраструктуру?

Успех технологии PoX означает начало новой эпохи не только для устройств пользовательского сегмента, но и для серьёзной серверной инфраструктуры и центров обработки данных:

1. Устранение традиционного Bottleneck в памяти

Сейчас серверы вынуждены использовать быструю, но дорогую и энергозависимую память (DRAM, SRAM) для обеспечения скорости. С появлением PoX высокоскоростной доступ станет доступен и в энергонезависимых накопителях, что значительно упростит архитектуру серверов и дата-центров.

2. Радикальное снижение энергопотребления

Благодаря отсутствию потребности в постоянном питании, PoX станет идеальным решением для периферийных вычислений (edge computing) и дата-центров, где энергозатраты — важнейший показатель эффективности.

3. Компактные и высокоэффективные серверы

Новая память позволит отказаться от отдельных высокоскоростных SRAM-кэшей. Это освободит пространство на платах серверов и сетевых устройств, уменьшит их габариты, повысит отказоустойчивость и снизит потребность в охлаждении.

4. Оптимизация работы нейросетей и ИИ

Сверхбыстрая энергонезависимая память идеально подойдёт для AI-акселераторов и серверов, которые обслуживают крупные языковые модели (LLM). Сегодня именно перенос данных (а не вычисления) является основным источником задержек и энергопотребления в нейросетевых системах.

Что может помешать внедрению PoX?

Несмотря на фантастические характеристики, перед технологией ещё стоят серьёзные задачи. Исследователи пока не раскрыли ресурс перезаписи PoX-чипов и уровень выхода годных изделий (yield), а массовое производство требует адаптации графеновой технологии к существующим CMOS-процессам.

Тем не менее, китайские производители уже заинтересованы во внедрении этой технологии, активно осваивая интеграцию двумерных материалов в стандартные производственные линии.

Как скоро PoX повлияет на реальную индустрию?

По оценкам аналитиков, массовое внедрение технологии может начаться в ближайшие 3–5 лет. Первыми выиграют производители серверов и сетевого оборудования, поскольку именно они столкнутся с растущими нагрузками из-за развития AI-сервисов и edge-компьютинга.

В перспективе PoX может:

• Сделать возможным создание мгновенно включаемых серверов с минимальным энергопотреблением.
  
  

• Сократить количество компонентов в сетевых устройствах, упрощая их обслуживание.
  
  

• Обеспечить поддержку высоконагруженных баз данных полностью в оперативной (но энергонезависимой) памяти.
  
  

Итог статьи: ключевые выводы

• Китайские исследователи из Фуданьского университета создали сверхбыструю энергонезависимую флеш-память PoX.
  
  

• Скорость записи (400 пикосекунд) открывает новые горизонты для серверной и сетевой инфраструктуры.
  
  

• PoX способна заменить традиционные высокоскоростные, но энергозависимые виды памяти (SRAM и DRAM).
  
  

• Массовое внедрение технологии существенно сократит энергопотребление и размеры серверных систем.