Российские ученые предложили технологию создания чипов флеш-памяти, устойчивых к космической радиации. В ее основе — специальные пленки с дефектами-«ловушками», которые удерживают электроны. Накопленный таким образом заряд позволяет хранить информацию. В перспективе такие устройства можно будет применять в орбитальных дата-центрах, космических кораблях с ядерным источником энергии и атомных станциях на других планетах. Разработка также открывает возможности для создания суперкомпьютеров в космосе. По мнению экспертов, у российских ученых есть серьезные достижения в области чипов памяти нового поколения. Однако для их серийного производства нужны инвестиции в фабрики, оборудование, материалы и подготовку специалистов.

Ученые из Института физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН предложили технологию, которая поможет создавать чипы долговременной флеш-памяти, устойчивые к космической радиации. Такие устройства, в частности, могут пригодиться для развития орбитальных дата-центров — комплексов для хранения и обработки данных в космосе. Исследования проводятся при поддержке Российского научного фонда.

— Классическая флеш-память основана на кремниевых транзисторах с плавающим затвором. Позже появились решения, в которых используются ловушки — особые структурные дефекты в диэлектрических пленках нитрида кремния. Они могут захватывать электроны и удерживать их в неподвижном состоянии. Время жизни таких электронов при комнатной температуре составляет сотни лет. Это позволяет очень долго хранить информацию в виде накопленного на ловушках заряда, — рассказал «Известиям» доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ИФП СО РАН Владимир Гриценко.

Устройства флеш-памяти с использованием таких пленок были предложены и запатентованы в Институте физики полупроводников, сообщил ученый. Развивая эту технологию, специалисты института предложили использовать в устройствах памяти пленки из материалов с высокой диэлектрической проницаемостью — оксидов алюминия или циркония. Это решение также было запатентовано. По словам исследователей, такие материалы позволяют увеличить срок хранения информации и снизить энергопотребление при перезаписи данных, а значит, экономить заряд аккумулятора устройства.

— Также инновация кардинально увеличивает надежность устройств. В частности, они становятся устойчивыми к радиации. Это преимущество важно для спутников и другой космической техники, которая работает в условиях интенсивного ионизирующего излучения, — отметил исследователь.

По словам Владимира Гриценко, одна из перспективных сфер применения долговечной, энергонезависимой и радиационно-стойкой флеш-памяти — орбитальные дата-центры и суперкомпьютеры. Современные спутники собирают огромные объемы информации, а передача всех этих данных на Землю требует времени и ресурсов. Часть информации можно было бы хранить и обрабатывать непосредственно в космосе с помощью мощных вычислительных комплексов. Новая разработка может стать одним из элементов таких систем.

Как отметил специалист, в будущем радиационно-стойкая флеш-память также найдет применение в системах с атомным реактором в качестве источника энергии. В частности, в космических кораблях с ядерным двигателем или атомных электростанциях для других планет.

— Однако, помимо устройств памяти, которые выдерживают ионизирующее излучение в космосе, следует уделить внимание развитию аналогичным по надежности процессорам. На текущий момент — это слабое место таких систем, — отметил Владимир Гриценко.

Вместе с тем в институте проводят исследования по созданию носителей информации на новых физических принципах, сообщил ученый. В них для хранения данных используют не заряженные ловушки, а эффект смещения атомов, в результате которого изменяется либо сопротивление, либо поляризация запоминающей среды. Такие устройства будут в миллионы раз быстрее современных чипов и обеспечат триллионы циклов перезаписи.

Подобные разработки могут стать важным шагом к созданию универсальной памяти. Речь идет о технологии, которая объединит в одном устройстве функции оперативной памяти, необходимой для вычислений, и долговременной памяти для хранения данных.

— Устройства памяти — важная составляющая электронных устройств. От их параметров зависят характеристики аппаратуры в целом. В мире ведут исследования, которые направлены на поиск новых структур и материалов, способных улучшить параметры памяти. Прорыв в этих направлениях откроет массу возможностей — от повышения производительности, например, систем ИИ до дата-центров на орбите, — рассказал «Известиям» заместитель главного редактора журнала «Электроника: НТБ» Юрий Ковалевский.

Вместе с тем только научного прорыва мало, добавил он. «Взлетит» разработка или нет, зависит от инженеров, производственников и инвесторов. Зачастую не самые лучшие решения становились успешными просто потому, что их быстрее обращали в реальный продукт.

Заранее сложно сказать, какая из разработок станет ведущей технологией. Поэтому важно участвовать в процессе поиска, чтобы не упустить шанс вписаться в будущий ландшафт решений в одной из ключевых областей электроники.

— Вычислительные сервисы на орбите — это новая инфраструктурная идеология. Их ценность — в создании космического «облачного слоя», который решит проблемы, недоступные для традиционных наземных систем. Например, обеспечит автономность дальних миссий, позволит производить обработку данных в космосе в реальном времени и снизит нагрузки на каналы связи, — объяснил исполняющий обязанности заведующего кафедрой общей и экспериментальной физики Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена Дмитрий Темнов.

По его мнению, российские специалисты не конкурируют в массовом изготовлении стандартных изделий флеш-памяти, где доминируют азиатские компании. Однако в технологиях следующего поколения есть ряд сильных отечественных достижений. Например, российскими учеными получены рекордные лабораторные показатели по ресурсу перезаписи и сделаны пионерские открытия в области новых материалов (например, мемристоры на стекле). Также традиционно сильны компетенции в создании радиационно-стойкой электроники.

Чтобы наладить выпуск чипов флеш-памяти в стране, нужны инвестиции в строительство и модернизацию фабрик. Также необходимы собственное литографическое оборудование для норм от 65 нм и ниже, сверхчистые газы, химикаты и другие материалы для производства полупроводников. Не менее важны вложения в подготовку специалистов и долговременная государственная поддержка отрасли, отметил эксперт.