Şanghay’daki Fudan Üniversitesi araştırmacıları, bilgisayar teknolojisinin geleceğini yeniden şekillendirebilecek bir atılım gerçekleştirdi. Tamamen iki boyutlu malzemelerden yapılmış dünyanın ilk tam işlevli bellek çipi üretildi. Nature dergisinde yayımlanan çalışmaya göre, bu çip yalnızca deneysel bir başarı değil, aynı zamanda iki boyutlu yarı iletkenlerin geleneksel silikon sistemlerle sorunsuz bir biçimde entegre edilebileceğini kanıtlıyor. Bu gelişme, uzun yıllar uzak bir hedef olarak görülen ‘atomik ölçekte hibrit bilgi işleme’ çağının fiilen başladığını gösteriyor.
ATOM2CHIP TEKNOLOJİSİ
Proje, araştırmacı Chunsen Liu liderliğindeki Fudan ekibi tarafından geliştirildi. Cihaz, ‘ATOM2CHIP’ adı verilen özel bir üretim tekniğiyle oluşturuldu. Bu yöntemde, yalnızca birkaç atom kalınlığında bir molibden disülfür (MoS₂) tabakası, standart bir 0,13 mikrometre CMOS silikon çipin üzerine doğrudan büyütülüyor. Sonuç, iki boyutlu bir NOR flaş bellek dizisini geleneksel CMOS denetleyiciyle birleştiren hibrit bir sistem oldu. Böylece, deneysel nanomalzemelerle yerleşik yarı iletken üretim süreçleri aynı platformda buluştu.
ENERJİDE DEV TASARRUF
Elde edilen çip yalnızca tasarımıyla değil, performansıyla da çığır açıcı nitelikte. Tam testlerde yüzde 94,34 üretim verimi elde edildi ve bu oran, endüstriyel silikon üretim standartlarına eşdeğer bulundu. Her bellek bitinin enerji tüketimi yalnızca 0,644 pikojul olarak ölçüldü. Bu değer geleneksel flaş belleklerin çok altında. Ayrıca cihaz, 20 nanosaniye yazma-silme hızı, on yıla kadar veri saklama süresi ve 100.000’in üzerinde yazma döngüsü dayanıklılığı ile testleri geçti. Beş megahertz’lik çalışma frekansı, günümüz işlem hızlarına kıyasla mütevazı olsa da, iki boyutlu flaş sistemleri için önemli bir dönüm noktası olarak değerlendiriliyor.
ZORLUĞU YENEN TEKNİKLER
Bu tür sistemlerin önündeki en büyük engellerden biri, iki boyutlu malzemelerin silikon yüzeylerle yapısal uyumsuzluğu idi. En pürüzsüz silikon tabakalar bile nanometre ölçeğinde pürüzlülük barındırıyor ve bu durum atom inceliğindeki filmlerin kırılmasına yol açabiliyordu. Fudan ekibi, bu sorunu aşmak için konformal yapışma tekniği geliştirdi. Bu yöntem sayesinde 2D malzeme, silikonun mikroskobik tepe ve vadileri boyunca kırılmadan yayılabiliyor. Ayrıca ATOM2CHIP süreci, ısı ve elektrostatik deşarjdan koruma sağlayan özel bir kapsülleme mimarisi ile destekleniyor.
YENİ NESİL BELLEK MİMARİSİ
Araştırmacılar, iki boyutlu belleği silikon sistemle entegre etmek için ‘platformlar arası’ özel bir mimari geliştirdi. Bu sistem, 2D bellek dizisini doğrudan CMOS kontrol mantığına bağlıyor ve modern bellek aygıtlarının temel özelliklerini sağlıyor: talimat düzeyinde işlem, rastgele erişim ve 32 bit paralel veri işleme. Ekip, bu çerçeveyi “ultra yoğun, düşük güç tüketimli belleklerin doğrudan işlem devrelerinin üzerine entegre edildiği, atomik ölçekte heterojen bilgi işleme” yolunda atılmış erken bir adım olarak tanımlıyor.
REKORLAR DEVAM EDİYOR
Bu başarı, Fudan Üniversitesi’nin 2D malzemeler alanındaki ilk adımı değil. Aynı araştırma grubu, yılın başında laboratuvar ortamında doğrulanmış 400 pikosaniyelik bir yazma hızıyla dünyanın en hızlı yarı iletken programlama süresine ulaşmıştı. Yeni geliştirilen çip ise bu başarıyı bir adım öteye taşıdı. Önceden yalnızca laboratuvar ölçeğinde mümkün olan 2D bellek teknolojisi, artık işlevsel ve ölçeklenebilir bir sistem olarak çalışıyor.
YAPAY ZEKA VE GELECEK
Araştırma lideri Chunsen Liu, yeni nesil malzemelerin mevcut silikon mimarilere entegre edilmesinin inovasyon döngülerini büyük ölçüde kısaltabileceğini belirtiyor. Geçmişte transistörlerden CPU’lara geçiş gibi teknolojik sıçramalar 20 yıldan fazla sürerken, hibrit 2D-silikon sistemlerinin mevcut üretim hatlarıyla çok daha kısa sürede ticarileşebileceğini ifade ediyor. Ortak yazar Zhou Peng ise, bellek teknolojilerinin 2D malzemelerin ticari kullanıma giren ilk bileşen sınıfı olabileceğini vurguladı: “Bu sistemler, taban malzemeye daha az yük bindirirken büyük performans kazançları sağlıyor.” Bu hibrit mimarinin yapay zeka donanımları üzerindeki etkisi de büyük olacak. Özellikle veri aktarımı hızları ve güç tüketimi bakımından yaşanan darboğazları aşarak, daha verimli bilgi işleme döneminin kapılarını aralayabilir.
