Samsung đạt được đột phá trong công nghệ MRAM ‘bắt chước não bộ’

MRAM (viết tắt của Magnetoresistive Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ điện trở hay RAM từ điện trở), về cơ bản là một loại bộ nhớ RAM không tự xóa, lưu trữ dữ liệu dựa trên nguyên lý hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (hay đúng hơn là hiệu ứng từ điện trở chui hầm).

Trong MRAM, thông tin được lưu trữ bởi từ độ của lớp màng mỏng từ. Các bit thông tin được đảo khi từ độ được đảo chiều. Thông tin được đọc thông qua sự thay đổi điện trở của lớp tiếp xúc từ. Khi từ độ của các lớp từ ở trạng thái đối song song, điện trở của tiếp xúc từ lớn, tương ứng với bit (1), còn khi hệ ở trạng thái song song thì điện trở giảm mạnh, và tương ứng với bit (0).

Samsung là một trong những nhà sản xuất đi tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển MRAM trong nhiều năm qua. Tuy nhiên cho đến nay, việc ứng dụng công nghệ MRAM trong thực tế (và đặc biệt là với quy mô thương mại) vẫn còn cực kỳ hạn chế. Điện trở thấp khiến MRAM ngốn điện hơn đáng kể so với các công nghệ RAM khác. Nhà sản xuất Hàn Quốc đã và đang nỗ lực để vượt qua rào cản này với một sáng kiến mới, đó là công nghệ điện toán trong bộ nhớ sử dụng MRAM.

Điện toán trong bộ nhớ có thể hiểu là một mô hình máy tính mới được thiết kế để thực hiện cả việc lưu trữ dữ liệu và tính toán dữ liệu trong mạng bộ nhớ. Đây là một trong những công nghệ hứa hẹn để hiện thực hóa các chip bán dẫn AI công suất thấp thế hệ tiếp theo.

Giải thích về lợi ích của MRAM và cách công nghệ này có thể phát huy sự hữu ích trong lĩnh vực phát triển chip AI thế hệ tiếp theo, Tiến sĩ Seungchul Jung, một trong những kỹ sư cấp cao của Samsung cho biết:

“Quy trình tính toán trong bộ nhớ về bản chất cũng tương đồng với não bộ ở một vài khía cạnh nhất định. Chẳng hạn trong não, các quy trình tính toán cũng xảy ra trong mạng lưới ký ức sinh học, hoặc Synap thần kinh - những điểm mà các tế bào thần kinh (nơron) tiếp xúc với nhau. Trên thực tế, mặc dù quy trình tính toán được thực hiện bởi mạng MRAM của chúng tôi hiện tại có mục đích khác với quy trình do não thực hiện, nhưng mạng bộ nhớ trạng thái rắn như vậy trong tương lai có thể được sử dụng như một nền tảng để bắt chước hoạt động của não bằng cách mô hình hóa kết nối Synap thần kinh”.

Để tạo ra bước đột phá này, các nhà nghiên cứu của Samsung đã phát triển một chip mảng MRAM thay thế kiến trúc điện toán trong bộ nhớ “current-sum” )tổng hiện tại) bằng kiến trúc điện toán trong bộ nhớ “resistance sum” (tổng kháng cự) mới, từ đó giúp giải quyết vấn đề về điện trở nhỏ của các thiết bị MRAM riêng lẻ. Trong một số thử nghiệm điện toán AI, con chip này đạt độ chính xác lên tới 98% khi nhận dạng các chữ số viết tay, và 93% đối với tình huống nhận diện khuôn mặt trong nhiều môi trường khác nhau.

Ngoài ra, Samsung cũng đặc biệt quan tâm đến việc nâng cao điện trở suất của MRAM. Giải quyết được nút thắt này sẽ mở ra hàng loạt lợi ích tiềm năng mà MRAM có thể mang lại, bao gồm tăng tốc độ hoạt động, độ bền và sự dễ dàng trong sản xuất phần cứng trên quy mô lớn. Qua đó, hệ thống có thể xử lý một lượng lớn dữ liệu được lưu trữ trong chính mạng bộ nhớ mà không cần phải di chuyển dữ liệu.