La Chine développe une mémoire flash 10 000 fois plus rapide avec une vitesse de 400 picosecondes,

Un exploit scientifique qui devra surmonter les défis de l'industrialisation

Une équipe de scientifiques de l'université de Fudan a développé PoX, une innovation majeure dans le domaine du stockage : une mémoire flash non volatile atteignant des vitesses record de 400 picosecondes par écriture, équivalant à 25 milliards d'opérations chaque seconde. Cette performance, surpassant de 10 000 fois les technologies existantes, pourrait révolutionner l'architecture des systèmes d'intelligence artificielle en éliminant les limitations actuelles liées à la vitesse de traitement des données. À la différence des mémoires volatiles traditionnelles (SRAM, DRAM) qui nécessitent une alimentation constante, ou des mémoires flash conventionnelles inadaptées aux exigences de l'IA, PoX établit un nouveau standard en alliant rapidité inégalée et conservation des données sans alimentation.

Au-delà de ses implications techniques, cette percée s'inscrit dans un contexte géostratégique où la Chine cherche à affirmer sa suprématie technologique. Cependant, les promesses de cette innovation doivent être tempérées par les réalités industrielles : les technologies 2D, bien que porteuses d'espoir, en sont encore au stade de la recherche fondamentale à l'échelle mondiale. Leur déploiement à grande échelle sera conditionné non seulement par des défis techniques, mais aussi par des enjeux géopolitiques complexes. Si PoX représente une avancée théorique impressionnante, elle rappelle également le défi récurrent de la transition entre la découverte scientifique et son application commerciale ; un obstacle que même les techniques d'optimisation par intelligence artificielle ne suffisent pas toujours à surmonter.

Par ailleurs, la dimension stratégique de cette avancée, présentée comme un atout pour la domination technologique de la Chine, ne doit pas masquer les réalités concurrentielles. Les procédés utilisant des matériaux 2D, bien que prometteurs, sont encore en phase exploratoire mondiale, et leur adoption massive dépendra autant de considérations techniques que géopolitiques. Si cette recherche ouvre des perspectives excitantes, elle illustre aussi le fossé fréquent entre les découvertes académiques et leur concrétisation marchande – un écueil que même l’optimisation par IA ne garantit pas de surmonter.

Pour parvenir à la mise au point de la mémoire flash non volatile, PoX, l’équipe du Pr Zhou Peng a remplacé le silicium par du graphène de Dirac, exploitant son transport de charge ultra-rapide. En ajustant la géométrie du canal, ils ont obtenu une « super-injection» de charges, décuplant l’efficacité du stockage. Optimisé par IA, ce procédé atteindrait les limites théoriques de la mémoire non volatile. Cependant, des questions cruciales subsistent : durabilité, coût de fabrication et compatibilité industrielle. Si le graphène est prometteur, son intégration à grande échelle reste un défi.

En théorie, le PoX pourrait remplacer la SRAM dans les puces d’IA, réduisant leur consommation et leur encombrement. Il permettrait aussi des appareils instantanément opérationnels (smartphones, ordinateurs) et des bases de données entièrement stockées en mémoire vive persistante. Cette innovation renforcerait également la position de la Chine dans la course aux semi-conducteurs.

Pourtant, l’équipe n’a pas encore divulgué de données sur l’endurance (nombre de cycles d’écriture) ou le rendement de production. Si le graphène est compatible avec les procédés 2D en développement, son adoption massive dépendra de sa faisabilité industrielle. Comme souvent en recherche, la distance entre le laboratoire et le marché reste à franchir. Cette avancée ouvre des perspectives excitantes, mais son impact réel dépendra de sa capacité à passer du prototype à la production.

La recherche d'une mémoire non volatile avec des vitesses de programmation inférieures à une nanoseconde, au-delà des capacités de la mémoire flash non volatile et de la mémoire statique à accès aléatoire volatile à grande vitesse, reste un défi de longue date dans le domaine de la technologie des mémoires1. Grâce à l'innovation en physique fondamentale permise par les matériaux avancés, des séries de mémoires émergentes sont en cours de développement pour surmonter le goulot d'étranglement de la vitesse des mémoires non volatiles.

En tant que mémoire non volatile la plus utilisée, la vitesse de la flash est limitée par la faible efficacité du programme assisté par le champ électrique, avec des vitesses signalées bien plus lentes que la nanoseconde. Nous présentons ici une mémoire flash bidimensionnelle à canal de Dirac en graphène, basée sur un mécanisme d'injection de porteurs chauds amélioré en deux dimensions, supportant à la fois l'injection d'électrons et de trous.

La mémoire flash à canal de Dirac présente une vitesse de programmation de 400 picosecondes, un stockage non volatile et une endurance robuste de 5,5 × 106 cycles. Les résultats confirment que le canal à corps mince peut optimiser la distribution horizontale du champ électrique (Ey), et que l'amélioration de l'efficacité du programme assistée par Ey augmente le courant d'injection à 60,4 pA μm-1 à |VDS| = 3,7 V.


a, schéma montrant le transistor WSe2 avec un contact Sb/Pt. Les trous circulent de la source vers le drain avec une diffusion sous Ey, et certains d'entre eux sont injectés à la grille. b, Schéma de la structure du transistor au graphène. Il y a plus de porteurs dans le canal, et les électrons et les trous peuvent être accélérés avec une diffusion supprimée.

Les chercheurs constatent également que le diséléniure de tungstène, semi-conducteur bidimensionnel, présente une injection de trous chauds améliorée par les deux dimensions, mais avec un comportement d'injection différent. Ce travail démontre que la vitesse de la mémoire flash non volatile peut dépasser celle de la mémoire vive statique volatile la plus rapide avec la même longueur de canal.

Implications industrielles et stratégiques

La mémoire flash reste la pierre angulaire de la stratégie mondiale en matière de semi-conducteurs en raison de son coût et de son évolutivité. Selon les évaluateurs, l'avancée de Fudan offre un « mécanisme tout à fait original » qui pourrait bouleverser ce paysage. Si elle est produite en masse, la mémoire de type PoX pourrait éliminer les caches SRAM à grande vitesse dans les puces d'intelligence artificielle, réduisant ainsi la surface et l'énergie. Elle pourrait permettre la mise en service instantanée d'ordinateurs portables et de téléphones à faible consommation d'énergie, et prendre en charge les moteurs de base de données qui conservent des ensembles entiers de données dans une mémoire vive persistante.

Ce dispositif peut également renforcer la volonté de la Chine de s'assurer une position de leader dans les technologies de base des puces. L'équipe n'a pas divulgué de chiffres sur l'endurance ou le rendement de fabrication, mais le canal de graphène suggère une compatibilité avec les processus de matériaux 2D existants que les usines mondiales explorent déjà. « Notre percée peut remodeler la technologie de stockage, stimuler les améliorations industrielles et ouvrir de nouveaux scénarios d'application », a déclaré Zhou.

Compte tenu des progrès accélérés de l'intelligence artificielle, il est urgent de mettre au point une technologie de mémoire de données non volatile d'une vitesse inférieure à 1 seconde pour surmonter le goulot d'étranglement que constitue l'efficacité énergétique de l'informatique. La mémoire statique à accès aléatoire (SRAM) la plus rapide peut atteindre une vitesse inférieure à 1 seconde, mais les données qu'elle stocke sont volatiles et son efficacité énergétique et sa densité de stockage sont médiocres.

Bien que la mémoire flash non volatile grand public offre une grande capacité de stockage non volatile et un faible coût de fabrication, la vitesse de programmation de la mémoire flash est encore loin de celle de la mémoire volatile. Pour surmonter le goulot d'étranglement de la vitesse de la mémoire non volatile, une série de mémoires non volatiles émergentes, notamment la mémoire à changement de phase, la mémoire à commutation résistive, la mémoire ferroélectrique et la mémoire magnétique à accès aléatoire, sont en cours de développement. Toutes les mémoires émergentes indiquent la présence de mécanismes fondamentaux innovants dans les matériaux avancés, permettant des vitesses sans précédent.

Toutefois, il convient de noter que ces technologies présentent également leur propre série de défis. La feuille de route internationale pour les dispositifs et les systèmes indique plusieurs défis majeurs, notamment les perturbations thermiques pour les mémoires à changement de phase, les fluctuations statistiques pour les mémoires à commutation résistive, la dégradation du traitement par métal-oxyde-semiconducteur complémentaire pour les mémoires ferroélectriques, et la miniaturisation difficile pour les mémoires magnétiques à accès aléatoire. Bien que de nombreuses technologies de mémoire émergentes aient été proposées, il est généralement admis que la mémoire flash la plus utilisée ne peut fonctionner à une vitesse de programmation inférieure à 1 ns.

Entre prouesse technique et réalisme industriel

L’annonce de la mémoire PoX par l’université de Fudan est indéniablement une avancée scientifique remarquable, mais elle s’inscrit dans une dynamique...