سریع ترین حافظه جهان توسط دانشمندان ساخته شد: حافظه PoX به سرعت ۲۵ میلیارد بیت/ثانیه رسید!

در عصر دیجیتال، سرعت حرف اول را می‌زند. از اجرای روان بازی‌های سنگین و پردازش‌های پیچیده هوش مصنوعی گرفته تا باز شدن آنی اپلیکیشن‌ها روی گوشی‌های هوشمندمان، همه و همه به عملکرد سریع اجزای سخت‌افزاری وابسته‌اند. در این میان، حافظه‌ها (Memory) نقشی حیاتی ایفا می‌کنند، اما اغلب به عنوان یکی از اصلی‌ترین گلوگاه‌های سرعت (Bottleneck) در سیستم‌های کامپیوتری مدرن، به ویژه در حوزه هوش مصنوعی (AI) که نیازمند جابجایی حجم عظیمی از داده‌هاست، شناخته می‌شوند.

اما به نظر می‌رسد دانشمندان در آستانه یک انقلاب واقعی در این زمینه قرار دارند. تیمی از محققان در دانشگاه فودان شانگهای چین، از ساخت سریع‌ترین حافظه نیمه‌هادی جهان خبر داده‌اند؛ یک حافظه فلش غیرفرار (Non-volatile) به نام PoX که با سرعتی سرسام‌آور، مرزهای شناخته شده فناوری حافظه را جابجا کرده است. های ورت شما را به سفری در دنیای این دستاورد شگفت‌انگیز دعوت می‌کند.

 

 

PoX چیست؟ با سریع‌ترین حافظه فلش غیرفرار جهان آشنا شوید

 

تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور ژو پنگ (Zhou Peng) در آزمایشگاه کلیدی دولتی تراشه‌ها و سیستم‌های مجتمع دانشگاه فودان، موفق به توسعه نوع جدیدی از حافظه فلش غیرفرار شده‌اند که آن را "PoX" نامیده‌اند. اما چه چیزی PoX را متمایز می‌کند؟ سرعت خیره‌کننده آن! این حافظه قادر است یک بیت اطلاعات را تنها در ۴۰۰ پیکوثانیه (یعنی چهار دهم نانوثانیه یا ۰.۰۰۰۰۰۰۰۰۰۴ ثانیه) برنامه‌ریزی (Write) کند. این سرعت معادل ۲۵ میلیارد عملیات نوشتن در هر ثانیه است!

 

برای درک بهتر این سرعت، کافی است بدانید که این عدد تقریباً ۱۰,۰۰۰ برابر سریع‌تر از سریع‌ترین حافظه‌های فلش رایج امروزی است و رکورد جهانی قبلی برای سرعت نوشتن حافظه فلش غیرفرار (حدود ۲ میلیون عملیات در ثانیه) را به طور کامل در هم می‌شکند. مهم‌تر از آن، سرعت PoX وارد قلمرویی می‌شود که پیش از این تنها در انحصار سریع‌ترین حافظه‌های فرار (Volatile) مانند SRAM و DRAM (با سرعت نوشتن ۱ تا ۱۰ نانوثانیه) بود. با این تفاوت کلیدی که PoX، غیرفرار است، یعنی اطلاعات را حتی پس از قطع برق نیز حفظ می‌کند.

 

 

راز سرعت فراصوت PoX: عبور از محدودیت‌های سیلیکون با گرافن

دستیابی به چنین سرعت شگفت‌انگیزی نیازمند بازمهندسی کامل فیزیک حافظه‌های فلش سنتی بود. تیم دانشگاه فودان به جای استفاده از کانال‌های سیلیکونی رایج، از ماده شگفت‌انگیز گرافن دوبعدی دیراک (2D Dirac Graphene) استفاده کردند. کلید موفقیت آن‌ها بهره‌گیری از پدیده‌های فیزیکی منحصربه‌فرد در گرافن بود:

 

• ترابرد بالستیک (Ballistic Charge Transport): الکترون‌ها در گرافن می‌توانند با حداقل برخورد و مقاومت، تقریباً مانند گلوله، حرکت کنند که سرعت جابجایی بار را به شدت افزایش می‌دهد.

 

• ابرتزریق دوبعدی (2D Super-injection): با تنظیم دقیق ویژگی‌های کانال گرافنی، محققان به پدیده‌ای دست یافتند که آن را "ابرتزریق دوبعدی" می‌نامند. این پدیده امکان تزریق سیل‌آسای بار الکتریکی به لایه ذخیره‌سازی حافظه را فراهم می‌کند و گلوگاه‌های سرعت ناشی از تزریق بار در حافظه‌های فلش معمولی را دور می‌زند.

 

• بهینه‌سازی با هوش مصنوعی: پروفسور ژو اشاره کرده است که با استفاده از بهینه‌سازی فرآیند با کمک هوش مصنوعی، توانسته‌اند حافظه غیرفرار را به حد نظری سرعت آن برسانند.

 

 

 

 

مقایسه سرعت PoX: رقیبی برای RAM، کابوسی برای Flash!

برای درک بهتر جایگاه PoX، سرعت آن را با حافظه‌های دیگر مقایسه کنیم:

 

• حافظه فلش رایج (NAND Flash): سرعت نوشتن در محدوده میکروثانیه تا میلی‌ثانیه (میلیون‌ها یا هزاران برابر کندتر از PoX).

 

• حافظه RAM فرار (SRAM/DRAM): سرعت نوشتن در محدوده ۱ تا ۱۰ نانوثانیه (حدود ۲.۵ تا ۲۵ برابر کندتر از PoX).

این مقایسه نشان می‌دهد که PoX نه تنها حافظه‌های فلش را از نظر سرعت کاملاً پشت سر می‌گذارد، بلکه حتی از سریع‌ترین حافظه‌های RAM نیز سریع‌تر عمل می‌کند، با این مزیت بزرگ که غیرفرار است.

 

 

چرا ترکیب "سرعت بالا" و "غیرفرار بودن" اینقدر مهم است؟

ترکیب این دو ویژگی در حافظه PoX، پیامدهای بسیار مهمی دارد:

 

• مصرف انرژی پایین: حافظه‌های غیرفرار برخلاف RAM، برای نگهداری اطلاعات در حالت آماده‌باش نیازی به مصرف مداوم برق ندارند. این ویژگی برای دستگاه‌های قابل حمل با باتری (لپ‌تاپ، گوشی هوشمند) و سیستم‌های هوش مصنوعی لبه (Edge AI) که محدودیت انرژی دارند، حیاتی است.

 

• بهترینِ هر دو جهان: PoX سرعت خیره‌کننده RAM را با پایداری و عدم نیاز به برقِ حافظه‌های فلش ترکیب می‌کند و می‌تواند معماری سیستم‌های کامپیوتری را متحول سازد.

 

 

انقلابی در سخت‌افزار هوش مصنوعی: حذف گلوگاه حافظه با PoX!

 

شاید بزرگترین پتانسیل حافظه PoX در حوزه هوش مصنوعی نهفته باشد. سیستم‌های AI مدرن، به ویژه در مراحل آموزش و استنتاج (Inference)، نیازمند جابجایی مداوم حجم عظیمی از داده‌ها (پارامترهای مدل) بین حافظه و واحدهای پردازشی هستند. امروزه، این جابجایی داده‌ها (Data Shuttling)، و نه خودِ محاسبات ریاضی، به گلوگاه اصلی سرعت و همچنین بخش عمده مصرف انرژی در سخت‌افزارهای AI تبدیل شده است.

 

حافظه PoX با ترکیب سرعت پیکوثانیه‌ای و مصرف انرژی پایین (به دلیل غیرفرار بودن)، می‌تواند این گلوگاه حافظه (Memory Bottleneck) را از بین ببرد. همانطور که در مقاله منتشر شده در ژورنال معتبر Nature (و به نقل از World’s fastest memory writes 25 billion bits per sec, 10,000× faster than current tech) اشاره شده است، استفاده از حافظه‌هایی مانند PoX می‌تواند نیاز به استفاده از حافظه‌های کش SRAM جداگانه، سریع اما بسیار پرمصرف و گران‌قیمت را در تراشه‌های AI برطرف کند. این امر منجر به کاهش چشمگیر اندازه تراشه، مصرف انرژی و هزینه نهایی سخت‌افزارهای هوش مصنوعی خواهد شد و راه را برای ساخت سیستم‌های AI بسیار قدرتمندتر و کارآمدتر هموار می‌کند.

 

 

کاربردهای بالقوه فراتر از هوش مصنوعی

علاوه بر تحول در AI، حافظه PoX می‌تواند کاربردهای گسترده دیگری نیز داشته باشد:

 

• روشن شدن آنی دستگاه‌ها: لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمندی که بلافاصله پس از روشن شدن آماده به کار هستند و مصرف انرژی بسیار پایینی در حالت خواب دارند.

 

• پایگاه‌های داده فوق سریع: موتورهای پایگاه داده‌ای که می‌توانند کل مجموعه داده‌های کاری (Working Sets) خود را در یک حافظه پایدار (Persistent RAM) با سرعت دسترسی RAM نگهداری کنند و عملکرد پردازش داده را به شدت افزایش دهند.

 

 

 پیامدهای صنعتی و استراتژیک: چین در مسیر رهبری فناوری حافظه؟

 

حافظه فلش یکی از پایه‌های اصلی صنعت نیمه‌هادی جهانی است و نوآوری در این حوزه اهمیت استراتژیک بالایی دارد. دستاورد تیم دانشگاه فودان با ارائه یک "مکانیسم کاملاً بدیع" برای حافظه‌های غیرفرار، پتانسیل ایجاد تحولی بزرگ در این بازار چند میلیارد دلاری را دارد و می‌تواند جایگاه چین را در رقابت جهانی برای دستیابی به رهبری در فناوری‌های تراشه بنیادین تقویت کند. استفاده از گرافن نیز از این جهت امیدوارکننده است که با فرآیندهای ساخت نوظهور مواد دوبعدی که در کارخانه‌های بزرگ تراشه‌سازی جهان در حال بررسی است، سازگاری دارد.

 

 

وضعیت فعلی و آینده پیش رو: از آزمایشگاه تا تولید انبوه

 

با وجود تمام این پتانسیل هیجان‌انگیز، حافظه PoX هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد. محققان دانشگاه فودان در حال حاضر بر روی افزایش مقیاس معماری سلول حافظه و ساخت نمونه‌های آرایه‌ای (Array-level) کار می‌کنند. هنوز جزئیاتی در مورد دوام و پایداری (Endurance) این حافظه در برابر چرخه‌های نوشتن و پاک کردن مکرر، بازده تولید (Fabrication Yield) در مقیاس بزرگ و شرکای تجاری احتمالی برای تولید انبوه منتشر نشده است. این‌ها عواملی کلیدی هستند که آینده تجاری این فناوری را مشخص خواهند کرد.

 

 

PoX؛ طلوع عصر جدید حافظه‌های فوق سریع یا چالشی فناورانه؟ | های ورت

 

دستاورد محققان دانشگاه فودان در ساخت حافظه PoX بدون شک یک پیشرفت علمی و فناورانه خیره‌کننده است. دستیابی به سرعت نوشتن ۲۵ میلیارد بیت در ثانیه در یک حافظه غیرفرار با استفاده از فناوری نوین گرافن، مرزهای سرعت حافظه را جابجا کرده و پتانسیل عظیمی، به ویژه برای انقلاب در سخت‌افزارهای هوش مصنوعی و رفع گلوگاه حافظه، ایجاد نموده است.

 

با این حال، مسیر از آزمایشگاه تا تولید انبوه و پذیرش گسترده، همواره با چالش‌هایی همراه است. آینده PoX به موفقیت در مقیاس‌پذیری، اثبات دوام و بازده تولید، و توسعه اکوسیستم نرم‌افزاری و سخت‌افزاری سازگار بستگی دارد. های ورت با اشتیاق این فناوری نوظهور و تاثیرات بالقوه آن بر آینده محاسبات و هوش مصنوعی را دنبال خواهد کرد و شما را در جریان آخرین تحولات قرار می‌دهد.