Исследователи работают над бесконденсаторной памятью DRAM с использованием оксидных полупроводников, которая может быть встроена в трехмерные слои над кремнием процессора. Если разработка зарекомендует себя в тестах, то она позволит обеспечить экономию площади и энергии при работе больших нейронных сетей.

Сегодня «стена памяти» остается основной проблемой в работе вычислительных систем. Это разница между временем обработки и временем, необходимым для передачи данных в процессор с отдельных микросхем памяти DRAM. С ростом популярности приложений искусственного интеллекта проблема обострилась еще больше.

Исследовательские группы в Соединенных Штатах и ​​Бельгии заявили, что новый вид DRAM из оксидных полупроводников хранит биты в сотни или тысячи раз дольше. В обычной DRAM чтение бита истощает конденсатор, так как происходит его запись обратно в память. Кроме того, заряд уходит из конденсатора через транзистор. Поэтому все ячейки памяти необходимо периодически обновлять. В современных чипах DRAM это происходит каждые 64 миллисекунды.

Встраивание DRAM в процессорную микросхему имеет ограничения. Сложность заключается в изготовлении конденсатора и транзистора со сверхнизкой утечкой.

Однако память DRAM нового типа имеет всего два транзистора, без конденсатора (2T0C). Сам затвор транзистора является естественным небольшим конденсатором. Таким образом, заряд, представляющий бит, может храниться прямо там.

Преимущество этой конструкции для ИИ заключается в том, что для записи и чтения используются отдельные устройства.

Но при этом схема 2T0C плохо работает с кремниевыми логическими транзисторами. Биты могут исчезать, так как емкость затвора транзистора слишком мала, а утечка через транзисторы слишком велика. Поэтому исследователи решили обратиться к устройствам, сделанным из полупроводников из аморфного оксида. Полупроводники регулируют ток, что ускоряет запись, но пропускают очень мало заряда, что увеличивает срок службы битов.

Команда из США использовала оксид индия, легированный до 1% вольфрамом.

Транзисторы в бесконденсаторной памяти DRAM, разработанные исследователями из США, включают полупроводник из легированного вольфрамом оксида индия [оранжевый], верхние и нижние затворы из палладия (желтые), никелевые электроды истока и стока [зеленые] и диэлектрики из оксида гафния [синие].

Исследователи из бельгийской компании Imec представили аналогичную встроенную схему 2T0C на IEDM с использованием оксида индия, галлия и цинка в качестве полупроводника.

Подобные оксиды можно обрабатывать при относительно низких температурах. Это означает, что устройства, сделанные из них, могут быть встроены в слои межсоединений над кремнием процессора, не повреждая кремниевые устройства ниже.

Так, 4-слойная 2T0C DRAM сократила площадь чипа, необходимую для встроенной памяти, примерно в 3,5 раза, а для 8-слойной — в 7,3 раза. Она продемонстрировала также преимущество в производительности по сравнению со встроенной DRAM 1T1C.

Об истории развития динамической памяти DRAM можно прочитать здесь.