Un equipo de investigación de la Universidad Fudan ha desarrollado “PoX”, una innovadora memoria flash no volátil que escribe datos a una velocidad sin precedentes: 400 picosegundos por bit, lo que se traduce en aproximadamente 25 mil millones de operaciones por segundo. Este avance, publicado en Nature, supera significativamente el rendimiento de la memoria flash convencional y acerca el almacenamiento no volátil a las velocidades de la memoria volátil, lo que podría revolucionar el hardware de IA y la tecnología de almacenamiento de datos.
Un equipo de investigación de la Universidad de Fudan ha logrado una hazaña innovadora en la tecnología de almacenamiento de semiconductores, desarrollando la memoria flash no volátil más rápida jamás reportada. Esta innovación, denominada “PoX”, puede programar un solo bit en tan solo 400 picosegundos, lo que se traduce en la asombrosa cifra de 25 mil millones de operaciones por segundo. Esta notable velocidad supera los puntos de referencia anteriores por un margen significativo, empujando la memoria no volátil a un dominio previamente dominado por las memorias volátiles más rápidas.
Este avance es particularmente significativo porque aborda un cuello de botella crítico en el hardware de IA. Como destaca el artículo, PoX podría ser la clave para desbloquear las limitaciones de rendimiento causadas por las restricciones de almacenamiento en los sistemas de IA. El dispositivo combina la velocidad de la memoria de acceso aleatorio estática (SRAM) con las capacidades de retención de datos de la memoria flash, satisfaciendo eficazmente los exigentes requisitos de ancho de banda y energía de las aplicaciones de IA.
El artículo contrasta el rendimiento de PoX con las tecnologías de memoria existentes. La SRAM y la DRAM convencionales, aunque rápidas, pierden datos cuando se corta la energía. Por lo general, operan en el rango de 1-10 nanosegundos. Los chips flash, por otro lado, conservan los datos sin energía, pero son significativamente más lentos, requiriendo micro- a milisegundos por escritura. Esta disparidad de velocidad plantea un desafío para los aceleradores de IA modernos que procesan grandes cantidades de datos en tiempo real.
El equipo de la Universidad de Fudan, liderado por el profesor Zhou Peng, logró esta notable velocidad mediante la reingeniería de la física flash. Reemplazaron los canales de silicio con grafeno de Dirac bidimensional y explotaron sus propiedades de transporte de carga balística. Al ajustar cuidadosamente la “longitud gaussiana” del canal, el equipo logró la superinyección bidimensional, un proceso que permite una sobrecarga de carga efectivamente ilimitada en la capa de almacenamiento, evitando el cuello de botella de inyección tradicional.
El profesor Zhou enfatizó la importancia de este logro, afirmando que “Utilizando la optimización de procesos impulsada por la IA, llevamos la memoria no volátil a su límite teórico”. Agregó además que esta hazaña “allana el camino para futuras memorias flash de alta velocidad”. Esta afirmación subraya el potencial de futuros avances basados en este enfoque innovador.
El artículo proporciona una analogía convincente para ilustrar la magnitud de la mejora de la velocidad. El coautor Liu Chunsen compara el avance con el paso de un disco U que escribe 1.000 veces por segundo a un chip que dispara 1.000 millones de veces en un abrir y cerrar de ojos. Esta comparación transmite eficazmente el dramático aumento de velocidad logrado por PoX. El récord mundial anterior de velocidad de programación flash no volátil era de aproximadamente dos millones de operaciones por segundo, lo que destaca el importante salto adelante.
La naturaleza no volátil de PoX es otra ventaja crucial. Conserva los datos sin necesidad de energía en espera, una característica crítica para la IA de borde de próxima generación y los sistemas con batería limitada. La combinación de un consumo de energía ultrabajo y velocidades de escritura en picosegundos podría eliminar el antiguo cuello de botella de la memoria en el hardware de inferencia y entrenamiento de IA, donde el movimiento de datos, en lugar del cálculo, a menudo domina los presupuestos de energía.
El artículo también explora las posibles implicaciones industriales y estratégicas de este avance. La memoria flash es una piedra angular de la estrategia global de semiconductores debido a su rentabilidad y escalabilidad. Los revisores sugieren que PoX ofrece un “mecanismo completamente original” que podría alterar el panorama existente.
Si se produce en masa, la memoria estilo PoX podría eliminar la necesidad de cachés SRAM de alta velocidad separados en los chips de IA, lo que conduciría a reducciones en el área y el consumo de energía. También podría permitir portátiles y teléfonos de encendido instantáneo y de bajo consumo, y admitir motores de bases de datos que puedan contener conjuntos de trabajo completos en RAM persistente. Además, el desarrollo puede fortalecer el impulso de China para asegurar el liderazgo en tecnologías de chips fundamentales.
Si bien el equipo aún no ha revelado cifras de resistencia ni rendimiento de fabricación, el uso de un canal de grafeno sugiere compatibilidad con los procesos de materiales 2D existentes que las fábricas globales ya están explorando. El profesor Zhou expresó optimismo sobre el futuro, afirmando que “Nuestro avance puede remodelar la tecnología de almacenamiento, impulsar las actualizaciones industriales y abrir nuevos escenarios de aplicación”.
El artículo concluye esbozando los próximos pasos para los ingenieros de la Universidad de Fudan. Actualmente están trabajando en la ampliación de la arquitectura de la celda y persiguiendo demostraciones a nivel de matriz. Si bien no se han nombrado socios comerciales, las fundiciones chinas están trabajando activamente para integrar materiales 2D con las líneas CMOS convencionales.
El impacto general de PoX podría ser transformador. Podría marcar el comienzo de una nueva clase de memorias ultrarrápidas y ultragreen que satisfagan las crecientes demandas de los aceleradores de modelos de lenguaje grandes, proporcionando finalmente al hardware de IA un medio de almacenamiento que pueda mantener el ritmo de sus capacidades computacionales.
La memoria flash “PoX” de la Universidad Fudan alcanza velocidades sin precedentes (400 picosegundos por bit de escritura), lo que podría revolucionar el hardware de IA, la computación perimetral y la estrategia de semiconductores al fusionar la velocidad de SRAM con la retención de datos de flash. Aunque persisten desafíos en la escalabilidad y la producción, el diseño innovador de PoX basado en grafeno promete un futuro donde las limitaciones de almacenamiento ya no estrangulen las inmensas demandas de datos de la IA.
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