Công nghệ bộ nhớ máy tính mới có thể cung cấp năng lượng cho AI trong tương lai

Một nhóm nghiên cứu do đại học Cambridge đứng đầu đã phát triển một thiết kế bộ nhớ máy tính mới, hứa hẹn sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất đồng thời giảm nhu cầu năng lượng của các công nghệ truyền thông và Internet.

Theo thông tin từ phía trường đại học, AI, các thuật toán, sử dụng Internet và các công nghệ dựa trên dữ liệu khác được ước tính sẽ tiêu thụ hơn 30% mức tiêu thụ điện toàn cầu của chúng ta trong thập kỷ tới.

TS. Markus Hellenbrand, thuộc khoa Khoa học Vật liệu và Luyện kim của Cambridge, cho biết: “Ở một quy mô lớn, sự bùng nổ về nhu cầu năng lượng này là do các công nghệ bộ nhớ máy tính hiện tại có những khiếm khuyết. Trong điện toán thông thường, có một bên bộ nhớ và một bên xử lý. Dữ liệu được chuyển đổi giữa hai bên gây tiêu tốn cả năng lượng và thời gian”.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một công nghệ mới được gọi là bộ nhớ chuyển mạch điện trở (resistive switching memory). Không giống như các thiết bị bộ nhớ thông thường mã hóa dữ liệu ở hai trạng thái (1 hoặc 0), loại bộ nhớ mới này có thể kích hoạt một loạt các trạng thái liên tục.

Điều này được thực hiện bằng cách đặt một dòng điện lên các vật liệu đặc biệt làm cho điện trở tăng hoặc giảm. Những sự thay đổi điện trở tạo ra các trạng thái khác nhau để lưu trữ dữ liệu.

Markus Hellenbrand giải thích rằng: “Một thanh USB đặc biệt có vùng phân bổ liên tục sẽ có thể chứa thông tin nhiều hơn từ 10 - 100 lần”.

Nhóm đã phát triển một thiết bị nguyên mẫu dựa trên oxit hafnium, cho đến nay đã được chứng minh là thách thức đối với các ứng dụng bộ nhớ chuyển mạch điện trở. Nguyên nhân vì đây là vật liệu phi cấu trúc ở cấp độ nguyên tử. Tuy nhiên, Markus Hellenbrand và các cộng sự của ông đã tìm ra một giải pháp là thêm bari vào hỗn hợp.

Khi bari được thêm vào, nó tạo thành các “cầu nối” bari có cấu trúc cao giữa các màng oxit hafnium dày. Tại điểm mà những cây cầu này gặp các điểm tiếp xúc của thiết bị, một hàng rào năng lượng đã được tạo ra, cho phép các electron đi qua. Hàng rào năng lượng có thể được nâng lên hoặc hạ xuống, điều này làm thay đổi điện trở của hỗn hợp oxit hafnium và do đó cho phép nhiều trạng thái tồn tại trong vật liệu.

Markus Hellebrand cho biết: “Điều thực sự thú vị về những vật liệu này là chúng có thể hoạt động giống như một hệ thần kinh trong não, chúng có thể lưu trữ và xử lý thông tin ở cùng một nơi, giống như bộ não của chúng ta”.

Các nhà nghiên cứu tin rằng điều này có thể dẫn đến sự phát triển của các thiết bị bộ nhớ máy tính với mật độ và hiệu suất cao hơn nhiều nhưng mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn, khiến công nghệ này trở nên đặc biệt hứa hẹn trong lĩnh vực AI và học máy.

Bằng sáng chế của công nghệ này đã được cấp cho Cambridge Enterprise, chi nhánh thương mại của trường đại học và các nhà khoa học hiện đang làm việc để thực hiện những nghiên cứu khả thi lớn hơn. Họ tuyên bố rằng việc tích hợp oxit hafnium vào các quy trình sản xuất hiện có sẽ không gây khó khăn vì vật liệu này đã được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn./.