Đột phá từ Trung Quốc: Chip nhớ mới giúp AI chạy mượt trên điện thoại với mức tiêu thụ điện cực thấp

Trung Quốc phát triển công nghệ chip nhớ tiết kiệm điện

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán, Thượng Hải đã phát triển một công nghệ chip mới, cho phép các mô hình AI chạy trên điện thoại với mức tiêu thụ điện năng tối thiểu.

Theo China Daily, nhóm nghiên cứu do giáo sư vi điện tử Zhou Peng tại Đại học Phúc Đán, Thượng Hải dẫn đầu đã phát triển bộ nhớ flash lượng tử hai chiều, có khả năng cải thiện đáng kể tốc độ và hiệu suất tiêu thụ điện của các hệ thống máy tính trong tương lai. Họ đã mô tả chi tiết về thiết bị đột phá này trong bài báo công bố ngày 16/7 trên tạp chí Science.

So với các công nghệ bộ nhớ hiện nay như bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM) và bộ nhớ flash 3D NAND, thiết bị mới này kết hợp được ba ưu điểm vốn rất khó đạt được cùng lúc: tốc độ cao, mức tiêu thụ điện thấp và khả năng duy trì dữ liệu mà không cần nguồn điện. Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này có thể đáp ứng nhu cầu tính toán ngày càng tăng của trí tuệ nhân tạo tổng quát (AGI), vốn đòi hỏi việc xử lý và lưu trữ dữ liệu phải nhanh chóng và hiệu quả hơn.

Chip nhớ là thành phần then chốt của máy tính hiện đại vì chúng lưu trữ và truy xuất dữ liệu cần thiết cho quá trình xử lý. Tuy nhiên, tốc độ truy cập dữ liệu và mức năng lượng tiêu thụ vẫn là những trở ngại lớn ngăn cản việc cải thiện hiệu suất tính toán. Các công nghệ bộ nhớ chủ đạo hiện nay đều có ưu và nhược điểm riêng. DRAM có thể đọc và ghi dữ liệu rất nhanh, phù hợp với tính toán hiệu suất cao, nhưng lại mất toàn bộ thông tin khi tắt nguồn. Ngược lại, bộ nhớ flash 3D NAND có thể lưu trữ dữ liệu trong nhiều năm mà không cần điện, nhưng tốc độ đọc và ghi thông tin lại chậm hơn.

Chip nhớ flash với lớp graphene ngăn electron thoát ra. Ảnh: Science

Để vượt qua những hạn chế trên, nhóm nghiên cứu đến từ Phòng thí nghiệm quốc gia về chip và hệ thống tích hợp cùng Trường Mạch tích hợp và Điện tử vi mô - nano thuộc Đại học Phúc Đán đã dành hơn một thập kỷ để phát triển loại bộ nhớ mới này. Sau khi phát triển công nghệ lưu trữ điện tích bán dẫn nhanh nhất từ trước đến nay, các nhà nghiên cứu hướng tới mục tiêu lưu trữ một bit thông tin chỉ bằng một electron (hạt mang điện tích) duy nhất. Việc sử dụng một electron để đại diện cho một bit thông tin sẽ cho phép tạo ra loại bộ nhớ nhỏ nhất và tiết kiệm điện năng tối đa.

Dựa trên các nguyên lý cơ bản của cơ học lượng tử, nhóm nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán đã phát triển công nghệ flash lượng tử giúp điều khiển và lưu trữ chính xác một electron. Tận dụng các đặc tính của vật liệu bán dẫn hai chiều, họ đã thiết kế một thiết bị mới cho phép điều khiển các electron riêng lẻ với độ tin cậy cao. Lần đầu tiên, họ đã quan sát trực tiếp quá trình lưu giữ ổn định một electron ở nhiệt độ phòng 27 độ C thay vì phải ở nhiệt độ cực thấp như trước đây.

Theo SCMP, các chip bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM) tiên tiến nhất hiện nay do Samsung và SK Hynix sản xuất cần khoảng 200.000 electron để lưu trữ một bit thông tin. Công nghệ bộ nhớ một electron do Peng và các đồng nghiệp phát triển sẽ cho phép chạy các mô hình ngôn ngữ lớn trên điện thoại di động với mức tiêu thụ điện tối thiểu mà không làm AI bị "mất trí nhớ", nhờ khả năng lưu trữ hiệu quả các cuộc hội thoại trước đó trong bộ nhớ đệm.

Nhóm nghiên cứu cho biết bộ nhớ mới có thể tích hợp trực tiếp với các bộ xử lý, giúp dữ liệu di chuyển nhanh hơn nhiều giữa các đơn vị tính toán và lưu trữ.

An Khang tổng hợp