Китайские ученые объявили о значительном прорыве в области хранения данных, разработав новый ферроэлектрический материал, который обещает существенно увеличить срок службы чипов и обеспечить их работу без ограничения циклов перезаписи. Этот новый тип ферроэлектрического (сегнетоэлектрического) материала может потенциально снизить затраты на центры обработки данных и в будущем найти применение в глубоководных исследованиях или в аэрокосмической отрасли.
Ферроэлектрические материалы обычно используются для изготовления чипов для целей хранения и измерения, которые имеют решающее значение для искусственного интеллекта и других высокотехнологичных областей, пострадавших от санкций США, поскольку между Соединенными Штатами и Китаем разворачивается технологическая война. Ферроэлектричество позволяет этим материалам быстро переключать состояния под действием электрического поля — процесс, известный как поляризация, — который остается стабильным даже после снятия поля. Это можно сравнить с формой постоянной быстрой памяти. Однако традиционные ферроэлектрические материалы, такие как цирконат-титанат свинца (ЦТС), широко используемые в коммерческих целях, могут испытывать так называемую ферроэлектрическую усталость во время использования, что приводит к ухудшению характеристик и возможному выходу из строя.
Используя моделирование на атомном уровне с помощью искусственного интеллекта, исследователи обнаружили, что двумерные скользящие ферроэлектрические материалы в целом смещаются во время переноса заряда, когда их помещают под электрическое поле. Это предотвращает движение и накопление заряженных дефектов, что позволяет избежать усталости. Команда разработала двумерный слоистый материал толщиной в нанометр, который они назвали 3R-MoS2. Нанометр примерно в 100 000 раз меньше диаметра человеческого волоса.
Лабораторные испытания показали, что 3R-MoS2 не продемонстрировал никакого снижения производительности после миллионов циклов, что позволяет предположить, что устройства хранения данных, изготовленные из этого нового двумерного скользящего ферроэлектрического материала, не имеют ограничений на чтение/запись, — говорится в отчете Китайской академии наук (CAS). Это означает, что в то время как традиционные ферроэлектрики ионного типа, такие как ЦТС, допускают десятки тысяч циклов чтения/записи, устройства хранения данных, изготовленные из нового двумерного слоистого скользящего ферроэлектрика, не имеют такого ограничения.
Без ограничений на чтение/запись чипы хранения данных, изготовленные из этого материала, будут чрезвычайно долговечны, что делает их идеальными для использования в экстремальных условиях, таких как аэрокосмическая и глубоководная разведка. А учитывая, насколько мал материал, он значительно увеличит плотность хранения в крупномасштабных приложениях, таких как центры обработки данных.
В предыдущем исследовании институт CAS уже демонстрировал новый материал, сочетающий эластичность и ферроэлектричество, который оказался устойчивым как к механической, так и к ферроэлектрической усталости. Целью было использовать его в носимых электронных устройствах, но он оказался не таким прочным, как этот новый материал.
На фоне разработки новых материалов и технологий происходит технологическая война между Китаем и США. Недавно США ввели новые ограничения, которые могут лишить Китай доступа к услугам по производству чипов от таких ведущих компаний, как TSMC и Samsung. Эти ограничения направлены на ограничение доступа Китая к передовым архитектурам полупроводников, таким как Gate All-Around (GAA) и высокоскоростной памяти (HBM) для искусственного интеллекта.
GAA представляет собой следующее поколение транзисторных структур, используемых в передовом производстве чипов на уровне 3 нанометров и ниже. Китайские компании пока не достигли этого уровня, и возможные ограничения могут сделать невозможным для них производство чипов с использованием этой архитектуры. США могут попытаться убедить союзные страны, обладающие возможностями производства GAA-структур, не предоставлять такие услуги китайским клиентам.
США впервые ограничили доступ Китая к технологиям GAA в августе 2022 года, запретив экспорт программного обеспечения для автоматизации проектирования электроники (EDA), способного работать с GAA. В октябре того же года были введены дополнительные ограничения, требующие получения лицензий для экспорта оборудования для травления и осаждения, необходимого для создания GAA-структур в логических и памятьных чипах. Несмотря на эти ограничения, китайские компании активно исследуют способы разработки собственного программного обеспечения для EDA и GAA транзисторов. Национальный центр технологических инноваций для EDA, расположенный в Нанкине, включил инструменты проектирования для GAA-структур в свою технологическую дорожную карту.
Мировой спрос на чипы HBM (High Bandwidth Memory) растет, особенно после того, как Nvidia начала использовать их в своей архитектуре для искусственного интеллекта, что позволяет значительно ускорить передачу данных между графическими процессорами и памятью. Хотя прямого запрета на экспорт HBM в Китай нет, заказы на кремниевые пластины, включающие более 50 миллиардов транзисторов и HBM, могут вызвать тревогу у экспортных контролирующих органов и производителей.
Разработка нового ферроэлектрического материала с практически бесконечным сроком службы является значительным достижением китайских ученых, которое может существенно повлиять на индустрию хранения данных и другие высокотехнологичные области. Однако продолжающаяся технологическая война между Китаем и США, а также ограничения на экспорт передовых технологий создают дополнительные вызовы для внедрения и развития этих инноваций.
