Cientistas chineses desenvolvem memória flash que atinge velocidade de 400 picossegundos

Cientistas da Universidade Fudan, na China, apresentaram nesta quinta-feira, 18, um novo dispositivo de memória flash que, segundo os pesquisadores, alcança a maior velocidade de gravação e apagamento já registrada.

Nomeado “Poxiao”, ou “Dawn”, o componente foi projetado com um formato menor que um grão de arroz e opera em 400 picossegundos — o equivalente a um trilionésimo de segundo.

O anúncio foi feito após a publicação do estudo na revista científica Nature. O avanço, segundo a equipe de pesquisa, representa uma possível redefinição dos limites técnicos que atualmente separam a memória do processamento em dispositivos computacionais, principalmente no contexto de aplicações em inteligência artificial (IA).

Apesar de o protótipo ainda apresentar capacidade de armazenamento restrita a alguns quilobytes, os pesquisadores afirmam que a arquitetura poderá, no futuro, ser ampliada para permitir integração em larga escala.

A expectativa é de que o modelo permita a construção de sistemas com velocidades de leitura e gravação comparáveis à velocidade de processamento de dados, eliminando a necessidade de arquiteturas tradicionais que distinguem memória principal e armazenamento externo.

O líder do projeto, Liu Chunsen, explicou que o objetivo da pesquisa foi superar os limites de velocidade da memória flash tradicional.

“No passado, a abordagem para acelerar a memória flash envolvia a pré-aceleração dos elétrons, permitindo que eles ganhassem energia antes de entrar e sair”, afirmou Liu em comunicado publicado pela Universidade Fudan.

O método tradicional, baseado em modelos teóricos desenvolvidos desde a década de 1960, impõe uma limitação de desempenho devido ao tempo necessário para que os elétrons atinjam energia suficiente para transitar pelos transistores de porta flutuante — a estrutura básica da memória flash.

Para contornar essa limitação, os pesquisadores desenvolveram uma nova abordagem denominada “injeção de portadora quente aprimorada em 2D”. A técnica permite que os elétrons se desloquem diretamente para um estado de alta energia, sem a fase intermediária de “aquecimento”.

O resultado, segundo os testes realizados, foi a obtenção de velocidades de gravação e apagamento que superam em mais de 100.000 vezes as da memória flash convencional, e que também superam a velocidade da SRAM, considerada a memória volátil mais rápida até então.

O projeto teve início em 2015, com os primeiros modelos teóricos desenvolvidos em 2021. No ano seguinte, a equipe produziu um dispositivo de memória flash com canal de 8 nanômetros, rompendo o limite físico anterior da tecnologia baseada em silício, que era de cerca de 15 nanômetros.

A versão atual do chip, compatível com a tecnologia CMOS (semicondutor de óxido metálico complementar), já foi fabricada em escala de laboratório.

Os pesquisadores projetam que, em até cinco anos, a capacidade de armazenamento seja ampliada para dezenas de megabytes e que o dispositivo esteja apto a ser licenciado para aplicações comerciais.

No artigo publicado no portal da Universidade Fudan, os autores destacaram que a nova memória flash pode permitir a fusão das funções de armazenamento e processamento em um único sistema.

“Uma vez ampliada para integração em massa, espera-se que ela rompa completamente com a arquitetura de armazenamento atual”, afirma o texto.

“Com base nessa tecnologia, os futuros computadores pessoais podem não precisar mais diferenciar entre memória e armazenamento externo, eliminando a necessidade de sistemas de armazenamento hierárquicos e permitindo a implantação local de grandes modelos de IA.”

A pesquisa da Universidade Fudan ocorre em um momento de avanços globais intensificados no setor de semicondutores, especialmente nas áreas relacionadas à IA, que demandam maior velocidade de transferência e menor consumo de energia.

Atualmente, arquiteturas de memória volátil, como SRAM e DRAM, oferecem altas velocidades, mas apresentam restrições de consumo, custo e perda de dados em caso de falhas de energia.

Já a memória não volátil, como o armazenamento flash, apresenta maior capacidade e persistência de dados, porém com desempenho inferior em velocidade.

A proposta dos pesquisadores chineses é combinar as vantagens dessas tecnologias e reduzir as limitações de desempenho da memória flash, sem depender de alterações nos materiais utilizados.

O desenvolvimento do chip “Poxiao” representa, segundo os cientistas envolvidos, uma mudança teórica e prática no campo dos circuitos integrados.

A memória flash tradicional, baseada em tecnologias introduzidas há mais de seis décadas, manteve-se limitada por parâmetros de operação associados ao movimento dos elétrons em transistores convencionais.

A nova abordagem propõe uma substituição desses fundamentos, com o objetivo de atender às exigências de desempenho dos sistemas computacionais avançados.

O protótipo permanece em fase de testes e otimizações. A equipe da Universidade Fudan avalia, no entanto, que o dispositivo poderá, em curto prazo, ser inserido em plataformas mais amplas, com aplicações voltadas à inteligência artificial, supercomputação e dispositivos de armazenamento de alta densidade.

Com informações da SCMP

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