Hãy đối mặt với sự thật: Mặc dù Định luật Moore có thể không hoàn toàn chết, nhưng nó đã được hỗ trợ trong một thời gian. Đã qua lâu rồi cái thời nâng cao hiệu suất “dễ dàng” từ việc cải thiện quy trình sản xuất và giảm kích thước bóng bán dẫn đơn giản. Ngày nay, các nhóm R&D đang tìm cách cải thiện hiệu suất chất bán dẫn hàng năm không chỉ phân nhánh sang lĩnh vực kiến trúc bóng bán dẫn mà còn vào kỹ thuật vật liệu. Khám phá các nguyên tố có trong bảng tuần hoàn có thể mang lại cho chất bán dẫn một thiết kế hiệu quả hơn, nhỏ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với silicon có thể cung cấp. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu của Trường Kỹ thuật tại Stanford đã chuyển sang sử dụng một trong những kim loại quý nhất trên Trái đất – palladi – như một địa điểm tiềm năng cho các kiến trúc bộ nhớ nhanh hơn, mát hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.
Cách tiếp cận của nhóm nghiên cứu dựa trên giả định rằng chúng ta đã chuyển từ kỷ nguyên Internet sang kỷ nguyên AI. Theo Shan Wang, Giáo sư Leland T. Edwards tại Trường Kỹ thuật tại Đại học Stanford, ý tưởng đằng sau nghiên cứu là “kích hoạt AI trên biên – đào tạo cục bộ trên máy tính ở nhà, điện thoại hoặc đồng hồ thông minh của bạn – cho những thứ như đau tim phát hiện hoặc nhận dạng giọng nói.”
Tuy nhiên, để làm được điều đó, ông nói thêm, cây trồng công nghệ hiện tại của chúng tôi sẽ không cắt giảm nó; chúng ta cần một loại bộ nhớ đã được bật đi bật lại trên báo chí mà không có một sản phẩm nào được đưa ra thị trường: memristor. Memristor là một loại bộ nhớ cố định không yêu cầu dòng điện liên tục để giữ dữ liệu trong ngân hàng bộ nhớ của nó (hãy kiểm tra tại đây để biết thêm chi tiết về công nghệ memristor). Tác giả đầu tiên của bài báo, Mahendra DC, đã giải thích điều đó một cách tốt nhất: “Chúng tôi đang gặp khó khăn với công nghệ hiện tại,” DC nói. “Vì vậy, chúng tôi phải tìm ra những lựa chọn khác mà chúng tôi có.”
Để phá vỡ bức tường đó, các nhà nghiên cứu đã chọn ra một hợp chất của palađi, mangan palađi ba, vì có các đặc tính cần thiết để cuối cùng (họ nói) cho phép một thiết kế memristor nhìn thấy ánh sáng ban ngày. Một phần của danh sách kiểm tra liên quan đến công nghệ sản xuất chất bán dẫn hiện tại của chúng tôi: bất kỳ vật liệu nào được xem xét cho các thiết kế chất bán dẫn mới đều phải đối phó với thực tế là các dây chuyền cung cấp và dụng cụ đã cố thủ trong lĩnh vực silicon. Vì vậy, lý tưởng nhất là bất kỳ hợp chất thay thế nào cũng có thể được đưa vào các quy trình sản xuất hiện tại mà không cần thay đổi quy trình rộng rãi (và tốn kém).
Mangan palađi ba phù hợp với hóa đơn đó, tuy nhiên tính chất quan trọng nhất của hợp chất là cách mà các hạt của nó được điều khiển để trở thành thiết bị lưu trữ bộ nhớ. Thông tin ở đây không được lấy từ trạng thái điện áp, như trường hợp của các thiết bị bộ nhớ tiêu chuẩn như đèn flash NAND, mà bằng cách thao túng hướng spin của các electron của hợp chất. Về cơ bản, các nhà nghiên cứu có thể điều khiển từ trường của electron, làm nảy tâm của nó giữa cực bắc và cực nam. Sau đó, một trong các hướng quay này (bắc-nam hoặc nam-bắc) được tạo ra để biểu thị 1 hoặc 0 – mở khóa hệ thống nhị phân đằng sau máy tính như chúng ta biết. Được đặt tên là “bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ điện trở mô-men xoắn quỹ đạo quay” hoặc SOT-MRAM để rút ngắn thời gian cần thiết, phương pháp lưu trữ dữ liệu quay này có khả năng lưu trữ dữ liệu nhanh hơn và hiệu quả hơn công nghệ hiện tại cho phép – và cả ở mật độ cao hơn.
Tất nhiên, có một cảnh báo lớn trong tất cả các nghiên cứu này: Palladium hiện đắt gần bằng vàng, nhưng cũng là một mặt hàng hiếm hơn nhiều. Tệ hơn nữa, 40% lượng palađi của thế giới hiện đang được khai thác ở Nam Phi, với 44% nữa được khai thác ở Nga. Vì vậy, bản thân sự sẵn có của palladium có thể là một vấn đề từ khía cạnh hậu cần và địa chính trị của phương trình. Ngoài ra, nhu cầu tăng đối với palladium cho SOT-MRAM chắc chắn sẽ đẩy giá của nó lên cao hơn nữa. Tất cả điều này sẽ cần được xem xét khi theo đuổi các thiết kế bóng bán dẫn mới.
Nói chung, nghiên cứu đầy hứa hẹn, nhưng giống như tất cả các tin tức về memristor trong thập kỷ qua (và lâu hơn), có vẻ như chúng ta vẫn đang đứng ở đầu con đường lát gạch vàng. Cho dù chúng ta có nhìn thấy lâu đài ở cuối hay không, điều đó hãy để tương lai trả lời cho chúng ta.
