Giấc mơ từ lâu chưa thành hiện thực: Một chip nhớ, vừa làm RAM, vừa dùng lưu trữ

Mấy ngày vừa rồi, một dự án với nỗ lực hiện thực hóa giấc mơ từ rất lâu của các kỹ sư ngành khoa học máy tính lại được nhắc tên. Đấy là dự án UltraRAM, của các nhà vật lý học tại đại học Lancaster, Anh Quốc. Năm 2022, dự án UltraRAM đã được công bố lần đầu tiên.

Mục đích của dự án này vừa đơn giản dễ hiểu, lại vừa tham vọng, và có lẽ cũng là một trong số những thử thách khó nhất của ngành thiết bị điện toán hiện tại: Tạo ra một dạng chip nhớ vừa có thể làm bộ nhớ khả biến, hay gọi là RAM, vừa có thể dùng làm bộ nhớ điện tĩnh, dùng để lưu trữ dữ liệu dài hạn.

Trước tiên, hãy nói về cách mà các nhà vật lý học ở đại học Lancaster phát triển thứ chip nhớ mà họ đặt tên là UltraRAM trước, cũng như cái cách mà chip DRAM và chip NAND, hai giải pháp độc lập để làm bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên và bộ nhớ lưu trữ dài hạn hiện tại vận hành.

DRAM khác gì NAND?

Hiểu một cách đơn giản và ngắn gọn, DRAM có tốc độ cực cao, nhưng không ổn định. Ngắt nguồn điện là mọi thứ lưu trữ trong RAM sẽ biến mất. Trong một hệ thống điện toán, smartphone hay laptop của anh em chẳng hạn, RAM là thứ được dùng làm cầu nối giữa những ổ cứng, thiết bị lưu trữ dữ liệu với chip xử lý.

Còn trong khi đó, xét riêng khía cạnh những ổ cứng thể rắn, như SSD trong máy tính của anh em, hay những chip nhớ chuẩn UFS trong điện thoại, chip NAND trông phức tạp hơn về mặt kết cấu, với những cell nhớ có khả năng lưu trữ các bit dữ liệu ngay cả khi ngắt nguồn, tắt máy chẳng hạn.

Kết hợp cả hai công nghệ chip nhớ này lại với nhau, hệ thống thiết bị điện toán sẽ vận hành như thế này. Chip xử lý, thường là cụm nhân CPU sẽ ra lệnh gọi dữ liệu từ ứng dụng, hoặc ứng dụng sẽ yêu cầu CPU lấy dữ liệu từ thiết bị lưu trữ. Tuy nhiên tốc độ xử lý của CPU, cũng như bản thân tốc độ của từng transistor của hệ thống bộ nhớ đệm trong chip xử lý quá nhanh, ổ cứng, kể cả là những SSD nhanh nhất hiện giờ cũng không thể bắt kịp.



Lấy ví dụ, SSD chuẩn PCIe 5.0 x4 hiện giờ có tốc độ đọc và ghi dữ liệu khoảng 14 GB/s. Nhưng ở tầng bộ nhớ đệm L1, ngay sát các thanh ghi (register) của nhân CPU trong chip xử lý, tốc độ tính bằng TB/s. Vậy là có hai giải pháp được đưa ra. Hoặc chúng ta cố gắng đẩy tốc độ đọc và ghi dữ liệu từ thiết bị lưu trữ, thứ mà đến giờ vẫn chưa thể đáp ứng được cho một hệ thống điện toán không có chip RAM.

Giải pháp thứ hai, như hàng chục năm qua, là sử dụng bộ nhớ RAM để làm cầu nối giữa CPU và SSD.



Tốc độ của DRAM, với những công nghệ mới, càng lúc càng nhanh, và bản thân chip DRAM cũng có độ bền vận hành đọc và ghi ấn tượng hơn rất nhiều so với NAND. Thành ra chỉ có SSD của anh em, sử dụng chip NAND, mới có thông số tuổi thọ Total Bytes Written, chứ RAM thì chỉ có thông số quan trọng nhất là tốc độ xử lý dữ liệu mỗi giây mà thôi.

Quảng cáo

Ở khía cạnh vật lý và công nghệ bán dẫn, chính bản thân kết cấu của chip DRAM và chip NAND đã tạo ra hai giải pháp đến giờ chưa thể kết hợp lại với nhau. DRAM lưu trữ các bit dữ liệu bằng tụ điện, nên tắt điện là mất dữ liệu. Còn NAND thì dùng transistor dạng cổng nổi để lưu trữ các bit dữ liệu.

Vài giải pháp dùng ổ cứng để làm RAM

Đáng chú ý nhất, và cũng đã từng được thương mại hóa, dù rằng không tồn tại được lâu chính là Intel Optane. Một giải pháp khác là Scratch Disk.

Anh em dùng Photoshop làm việc hàng ngày sẽ thấy một tính năng gọi là Sratch Disk. Khi sử dụng tính năng này, một phần ổ cứng sẽ được dùng làm "nháp", như chính cái tên gọi của tính năng này. Những dữ liệu tạm thời trong phiên làm việc của anh em với Photoshop sẽ được lưu trữ một phần trong Scratch Disk, bên cạnh RAM. Nhờ đó, anh em có thể làm việc và để Photoshop xử lý công việc vượt qua cả dung lượng RAM vốn có của hệ thống máy tính.



Còn trong khi đó, Intel Optane là một giải pháp từng đầy tiềm năng giữa thời kỳ chuyển giao từ HDD tiêu dùng sang những mẫu SSD, từ SATA 3 cho tới những thanh SSD chuẩn NVMe, format M.2 trong máy tính của anh em. Trên những ổ Optane này về cơ bản vẫn chỉ là những module NAND để làm bộ nhớ đệm tăng tốc độ truy xuất dữ liệu từ HDD vào RAM để CPU xử lý dữ liệu.

Quảng cáo

Nhưng không có giải pháp nào thay thế theo hướng vật lý những gì mà chip DRAM trong hệ thống máy tính của anh em làm được cả. Đó là lúc nhìn vào những nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học, cũng như của các tập đoàn công nghệ lớn.

Những nghiên cứu của Samsung và đại học Lancaster

Mục tiêu rất đơn giản: Tạo ra những wafer chip nhớ bán dẫn với tốc độ và độ bền của DRAM, nhưng với khả năng lưu trữ dữ liệu ngay cả khi ngắt nguồn điện của NAND.

Gần đây nhất, các nhà khoa học tại đại học Lancaster đã tiến gần hơn tới việc sản xuất thử nghiệm giải pháp gọi là UltraRAM của họ. Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã ứng dụng hai công nghệ, gọi là giếng lượng tử chất liệu indium arsenide, và những lớp rào chắn bằng nhôm antimon. Những lớp vật liệu này được trồng một cách chính xác ở mức độ từng nguyên tử, nhờ đó những thiết bị quang khắc bán dẫn hiện tại có thể tạo ra những cell nhớ vận hành ổn định.



Với giải pháp này, một cell nhớ có thể vận hành như một công tắc. Nếu muốn, nó sẽ là DRAM xử lý dữ liệu tốc độ cao. Hoặc ở một cell khác, nó sẽ là thứ lưu trữ bit dữ liệu một cách ổn định và lâu dài. Nhờ đó, xét trên khía cạnh máy chủ đám mây, việc có những chip nhớ dạng UltraRAM sẽ cho phép thời gian khởi động hệ thống giảm đáng kể, thậm chí hệ thống có crash thì cũng có thể khởi động lại rất nhanh ở đúng tình trạng trước khi crash, vì dữ liệu vẫn đang được lưu trữ ổn định.

Một đột phá khác thì đến từ Samsung, với công nghệ SoM (Selector-Only Memory) mà họ đã phát triển trong gần chục năm qua. Gần đây Samsung cho biết sẽ có những giải pháp SSD máy chủ ứng dụng chip nhớ z-NAND, chính là tên thương mại của công nghệ chip SOM.



Ý tưởng lý thuyết để tạo ra chip nhớ SOM của Samsung có nền móng là những vật liệu chalcogen, tức là những hợp chất có chứa ion của những nguyên tố thuộc nhóm oxy, ví dụ như lưu huỳnh, Selenium và Tellurium. Thông thường, những chip RAM dạng chuyển pha hay chuyển điện trở sẽ cần transistor đóng vai trò lựa chọn kích hoạt mỗi cell nhớ trên chip bán dẫn. Nhưng những vật liệu chalcogen thì có thể chuyển đổi linh hoạt giữa chế độ dẫn điện và chế độ điện trở, từ đó lưu trữ dữ liệu dưới dạng những con số nhị phân 1 và 0.

Những chip SOM trong z-NAND cũng vận hành theo kiểu có thể chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ: Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, và bộ nhớ điện tĩnh. Theo quảng cáo của Samsung, Z-NAND mới có thể đạt hiệu năng cao hơn gấp 15 lần so với NAND thông thường và giảm khoảng 80% mức tiêu thụ điện năng.

Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo

Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com

Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

--- 

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa đào tạo Power BI phân tích báo cáo để bán hàng thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học ​

KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay

Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay.

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

KHÓA EXCEL CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng TableAU - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình 

kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP

​​​​​

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA

Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍

 KHÓA HỌC VIDEO- XÂY DỰNG PHẦN MỀM QUẢN LÝ BẰNG MICROSOFT ACCESS

GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng

Khóa hoc lập trình bằng Python tại đây

Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ

Để tham gia tất cả các bài học, Bạn nhấn vào đây 

Khóa học lập trình cho bé MSWLogo

Nhấn vào đây để bắt đầu học

Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình  TUYỆT VỜI

Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử

Khóa học vẽ tạo giao diện demo cho website

Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 

Tham gia khóa học tại đây

Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột

Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

Nguồn: Tinh Tế

Share !