Китайцы создали память на одном электроне. До рынка обещают дойти за 3—5 лет

Учёные Фуданьского университета в Шанхае показали экспериментальную одноэлектронную энергонезависимую память, где один бит хранится всего одним электроном. Звучит почти как трюк, но до массовых чипов этой разработке ещё предстоит пройти длинный цикл испытаний и доводки под производство.

Проект назвали Guiyi. Авторы уже обсуждают отдельную компанию для его коммерциализации. Если ничего не собьётся по графику, вывести новинку на рынок хотят через три—пять лет, но пока это только лабораторный образец.

Статья по проекту вышла 16 июля в Science. В ней исследователи описывают память, которая при комнатной температуре держит состояние без питания и при этом заметно сильнее сдвигает пороговое напряжение транзистора, чем ранние попытки одноэлектронного хранения.

История одноэлектронной памяти

Хранить данные на уровне одного электрона — идея старая, и долго она оставалась почти теоретической задачей. Флеш-память и сейчас умеет укладывать информацию очень плотно, но в одном бите там по-прежнему работают сотни тысяч электронов, а не один заряд.

Авторы называют главным препятствием паразитную краевую ёмкость. Поле между электродами никогда не бывает идеально чистым: часть заряда расползается в шум, и сигнал от одного электрона легко теряется. В эксперименте 1997 года одноэлектронный эффект уже ловили, но там он был слабый — около 55 мВ — и держался меньше пяти секунд.

Команда из Фудани пошла другим путём. Они взяли атомарно тонкие двумерные материалы и собрали всё в самовыравнивающуюся планарную архитектуру. Исток, сток и канал лежат в одной плоскости, а графеновый слой помогает удерживать захваченный электрон в области хранения. В итоге добавление или удаление одного электрона меняет пороговое напряжение на 0,5 В — уже вполне различимый сигнал для обычной схемотехники.

• Хранение одного бита одним электроном.
• Работа при комнатной температуре без питания.
• Изменение порогового напряжения на 0,5 В.
• План на многоуровневую запись с одним электроном.

Если технология дойдёт до серии, она может заметно пересмотреть плотность энергонезависимой памяти. Тут важна не только миниатюризация — у такого подхода ещё и меньше затрат на переключение ячеек. Для систем, где большие ИИ-модели стараются держать данные как можно ближе к процессору, это выглядит особенно уместно.

Но до этого этапа ещё нужно проверить ресурс перезаписи, скорость, долю годных ячеек и то, как всё поведёт себя при сборке массивов. Через три—пять лет и станет понятно, останется Guiyi эффектной лабораторной демонстрацией или всё-таки вырастет в новый класс памяти, под который уже готовы делать отдельную компанию.