Finlandia i Tajwan łączą siły. 3,1 mln euro na rozwój energooszczędnych pamięci FeRAM
Międzynarodowe konsorcjum, w którego skład wchodzą między innymi Tampere University, SemiQon i Applied Materials otrzymało 3,1 mln euro na rozwój nowej generacji pamięci ferroelektrycznych FeRAM. Technologia ma ograniczyć zużycie energii w systemach sztucznej inteligencji, centrach danych i komputerach kwantowych.
Rosnące zapotrzebowanie na moc obliczeniową, związane przede wszystkim z rozwojem sztucznej inteligencji, stawia przed branżą półprzewodników coraz większe wyzwania. Jednym z nich jest zużycie energii potrzebnej do przesyłania danych pomiędzy procesorami a pamięcią. Rozwiązaniem tego problemu mogą okazać się pamięci ferroelektryczne FeRAM, nad których rozwojem, w ramach projektu SHIFT (Scalable Hafnium-based Integrated Ferroelectric Technology for Data-Intensive Computing), pracować będzie fińsko-tajwańskie konsorcjum. Jak informuje Tampere University, projekt otrzymał dofinansowanie w wysokości 3,1 mln euro w ramach inicjatywy Eureka Globalstars.
We współczesnych układach elektronicznych wykorzystuje się między innymi wbudowane pamięci Flash. Ograniczenia technologiczne utrudniają jednak dalszą miniaturyzację eFlash (szczególnie w procesach produkcyjnych 28 nm i mniejszych). Alternatywne rozwiązania, takie jak MRAM, PCM i OxRAM, również mają swoje ograniczenia, związane między innymi z zapotrzebowaniem na energię.
Pamięci FeRAM zapisują dane poprzez zmianę polaryzacji elektrycznej materiału ferroelektrycznego. Dzięki temu informacje pozostają w pamięci nawet po wyłączeniu zasilania. Technologia ta umożliwia również szybki zapis danych przy stosunkowo niskim napięciu, a także zapewnia dużą odporność na wielokrotne cykle zapisu i odczytu. Istotną zaletą rozwijanej technologii jest wykorzystanie materiałów na bazie tlenku hafnu, które nie zawierają ołowiu i są kompatybilne ze standardowymi procesami produkcji półprzewodników.
“Urządzenia wykorzystujące sztuczną inteligencję i IoT przetwarzają ogromne ilości danych przesyłanych między procesorem a pamięcią lub między czujnikami a jednostkami obliczeniowymi. Jest to główna przyczyna wysokiego zużycia energii”, w komunikacie opublikowanym przez uczelnię wyjaśnia Sayani Majumdar, profesor nadzwyczajna Tampere University.
Badaczka podkreśla, że jednym z kierunków rozwoju jest łączenie funkcji przechowywania i przetwarzania danych w tym samym elemencie elektronicznym. Takie podejście, określane jako in-memory computing, pozwala ograniczyć energochłonną transmisję informacji.
W ramach projektu SHIFT zaplanowano dwa główne zadania. Pierwsze zakłada opracowanie i przetestowanie prototypowego układu FeRAM o pojemności 256 kilobitów, wykorzystującego materiały HfZrOx. Drugim zadaniem jest integracja pamięci przystosowanych do pracy w temperaturach kriogenicznych z układami logicznymi cryo-CMOS, co ma szczególne znaczenie dla komputerów kwantowych. Umieszczenie pamięci i elektroniki sterującej bliżej kubitów mogłoby ograniczyć konieczność przesyłania danych pomiędzy układami pracującymi w bardzo niskich temperaturach a elektroniką działającą w temperaturze pokojowej.
W konsorcjum uczestniczą fińskie Tampere University, Applied Materials i SemiQon oraz tajwańskie Industrial Technology Research Institute (ITRI) i Lyontek. W komunikacie opublikowanym przez uczelnię czytamy, że strona fińska odpowiada między innymi za technologie cienkowarstwowe, modelowanie i elektronikę kriogeniczną. Strona tajwańska wnosi doświadczenie w skalowaniu procesów technologicznych, testowaniu i pakowaniu układów półprzewodnikowych.
Projekt finansują Business Finland oraz tajwański Department of Industrial Technology. Jego realizacja ma przybliżyć wykorzystanie pamięci FeRAM w energooszczędnych systemach obliczeniowych, urządzeniach Edge AI, elektronice kosmicznej i technologiach kwantowych.
