Хранение данных на одном электроне 25.07.2026

Исследователи из Университета Фудань в Шанхае сделали важный шаг в развитии памяти нового поколения. Им удалось создать двумерный флеш-чип, способный хранить информацию с помощью только одного электрона при комнатной температуре. Если технологию удастся довести до серийного производства, она может кардинально изменить индустрию электроники, сделав смартфоны более мощными и энергоэффективными. Одним из интересных последствий такого прорыва может стать возможность запускать сложные модели искусственного интеллекта непосредственно на мобильных устройствах, не обращаясь к удаленным дата-центрам.

Современные модули оперативной памяти и флэш-памяти выполняют две главные функции: хранят цифровую информацию и предотвращают ее потерю из-за электрических шумов. Для этого требуется большое количество электронов. По оценкам исследователей, для надежной записи только одного бита информации необходимо около 200 тысяч электронов. Именно поэтому современные чипы потребляют немало энергии, особенно при работе с искусственным интеллектом или большими массивами данных. Ученые уже давно пытались создать память, которая работала бы с минимальным количеством электронов, однако практическая реализация оставалась очень сложной.

Команда под руководством профессора микроэлектроники Чжоу Пэна предложила принципиально новый подход. Основой нового чипа стал графен - сверхтонкий двумерный материал с исключительными электрическими свойствами. Ученые сравнивают традиционный накопитель с большим резервуаром воды: увидеть эффект от одного электрона в такой системе почти столь же сложно, как заметить волну от одной капли в огромном озере. Чтобы решить эту проблему, исследователи изменили саму структуру накопителя. Новая конструкция более эффективно удерживает электроны внутри, а сигнал от одного электрона удалось существенно усилить. В ходе экспериментов величина сигнала достигала примерно 0,5 вольта. Для сравнения, большинство подобных экспериментальных систем демонстрировали лишь десятки милливольтов.

Свою разработку китайские ученые назвали Guiyi, что переводится как "возвращение к одному". Название происходит из буддийской философии, где существует изречение о том, что даже крохотное зернышко горчицы способно вместить огромную мифическую гору Сумеру. Эта идея символизирует способность малого содержать чрезвычайно большое. В случае нового чипа это означает, что один электрон может нести полноценную информацию. Помимо записи данных одним электроном, технология позволила подтвердить несколько важных квантовых эффектов, среди которых квантование программного напряжения, саморегулируемый процесс записи и возможность точнее считывать разные квантовые состояния. В перспективе это может означать еще большую плотность записи информации, чем в современных накопителях.

Наибольший интерес новая технология вызывает именно из-за потенциального применения в мобильных устройствах. Сегодня многие функции генеративного искусственного интеллекта работают через облачные серверы, ведь локальная память и процессоры смартфонов имеют ограничения по энергопотреблению. Если новые графеновые накопители смогут работать с минимальными затратами энергии, сложные модели ИИ можно будет запускать непосредственно на телефоне. Это обеспечит более быструю работу, меньшую зависимость от интернета и повышенный уровень конфиденциальности.

Несмотря на перспективные результаты, до массового производства еще остается несколько лет. Профессор Чжоу Пэн уже сообщил о намерении создать отдельную компанию, которая будет заниматься коммерциализацией технологии. По его оценкам, первые продукты могут появиться на рынке примерно через пять лет. Для этого необходимо наладить масштабное производство и интегрировать новую память в современную электронику. Новый чип стал продолжением предварительных разработок исследователей из Фуданьского университета. В прошлом году они представили PoX - самую быструю в мире энергонезависимую память, а затем создали платформу Changying, которая позволяет интегрировать двумерные графеновые чипы с традиционными кремниевыми микросхемами. Именно эта технология открыла путь к созданию первого в мире гибридного флеш-чипа, сочетающего графеновую и кремниевую архитектуру.