GC-eDRAM: Loại eDRAM mới với nhiều đặc tính ưu việt

Phạm Hải

Các nhà nghiên cứu đến từ Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne (EPFL) và Đại học Bar Ilan (BIU - Israel) mới đây đã phát triển thành công một loại bộ nhớ nhúng mới vô cùng nhỏ gọn, chỉ chiếm một nửa không gian so với bộ nhớ truyền thống - và sử dụng ít điện năng hơn, để lưu trữ một lượng dữ liệu nhất định. Công nghệ này hiện đang được giới thiệu đến công chúng với tên gọi RAAAM.

Bộ nhớ nhúng (Embedded memory) đóng một vai trò quan trọng trong quy trình vận hành các thiết bị kỹ thuật số hiện nay, từ máy tính và điện thoại thông minh cho đến internet vạn vật (IoT) và toàn bộ mạng viễn thông. Trên thực tế, embedded memory là thành phần chiếm hầu hết bề mặt silicon bên trong các hệ thống này. Do đó, các nhà sản xuất đang cố gắng tìm cách thu hẹp không gian chiếm dụng của embedded memory, từ đó giúp tối ưu hóa không chỉ kích cỡ của thiết bị mà còn cả về hiệu năng và chi phí sản xuất (giá bán).

Bộ nhớ nhúng từ RAAAM. Ảnh: Alain Herzog

Các nhà nghiên cứu đến từ EPFL và BIU đã tìm ra phương án thiết kế mới cho embedded memory, giúp giảm tới 50% lượng silicon cần thiết đối với một mức lưu trữ nhất định, đồng thời giảm đáng kể điện năng tiêu thụ so với chip nhớ truyền thống.

Bí quyết: Sử dụng ít bóng bán dẫn hơn

Về cơ bản embedded memory vận hành thông qua một loạt bóng bán dẫn hoạt động giống như các công tắc, và một con chip có thể chứa hàng tỷ bóng bán dẫn. Hệ thống được phát triển bởi các nhà nghiên cứu EPFL và BIU áp dụng phương án sắp xếp bóng bán dẫn theo cách khác, sử dụng các shortcut để tiết kiệm đáng kể không gian và năng lượng. Bộ nhớ này - được gọi là GC-eDRAM - chỉ cần hai hoặc ba bóng bán dẫn để lưu trữ một chút dữ liệu, so với sáu hoặc tám trong SRAM thông thường. Điều này giúp giải phóng không gian trên chip để bổ sung thêm bộ nhớ hoặc làm cho chúng nhỏ hơn, dành không gian cho các thành phần phần cứng khác. Đồng thời cách làm này cũng giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng cần thiết để xử lý một lượng dữ liệu nhất định.

Trong thập kỷ qua, đã có những tiến bộ lớn trong logic máy tính, nhưng sự phát triển mang tính cách mạng liên quan đến bộ nhớ nhúng vẫn còn rất hạn chế. “Các thành phần chip đã trở nên nhỏ gọn hơn rất nhiều, nhưng xét về các nguyên tắc cơ bản, chúng khá giống nhau", Andreas Burg, giáo sư tại Phòng thí nghiệm Mạch Viễn thông của EPFL và là một trong những người sáng lập RAAAM cho biết.

Trên thực tế, các loại eDRAM đã có trên thị trường từ lâu. Tuy nhiên, “chúng không được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bán dẫn vì khả năng tương thích kém với các quy trình chế tạo chip tiêu chuẩn, cùng như đòi hỏi các bước chế tạo đặc biệt phức tạp và tốn kém", Robert Giterman, Giám đốc điều hành RAAAM, cho biết. GC-eDRAM mà nhóm của ông phát triển không chỉ nhỏ và mạnh như các loại khác, mà còn có thể dễ dàng được tích hợp vào các quy trình tiêu chuẩn.

Nhóm nghiên cứu đã làm việc với các nhà sản xuất chất bán dẫn hàng đầu để kiểm tra và đánh giá GC-eDRAM của họ, chạy thử nghiệm trên các chip 16nm đến 180 nm chứa khoảng một tá vi mạch tích hợp với dung lượng bộ nhớ nhúng lên đến 1Mb. Kết quả cực kỳ khả quan: “Các nhà sản xuất có thể thay thế bộ nhớ hiện có trên chip của họ bằng bộ nhớ của chúng tôi mà không cần phải thay đổi bất kỳ thứ gì khác”, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết.

Nhóm nghiên cứu đã đăng ký tổng cộng 7 bằng sáng chế liên quan đến loại chip nhớ mới này, và đang trong quá trình thành lập một công ty khởi nghiệp, RAAAM, nhằm tiếp thị công nghệ của mình với các công ty lớn trong ngành công nghiệp bán dẫn hiện nay thông qua thỏa thuận cấp phép.