Китайские учёные открыли путь к созданию более эффективных чипов ИИ

Китайские учёные опровергли устоявшиеся представления о некоторых трёхмерных кристаллах, обнаружив и научившись управлять ультратонкими «линейными» стенками внутри них. Толщина и ширина этих стенок составляют примерно одну стотысячную диаметра человеческого волоса.

Исследование, проведённое учёными из Института физики Китайской академии наук, открывает путь к созданию более эффективных чипов искусственного интеллекта благодаря устройствам хранения данных с плотностью в сотни раз выше, чем у лучших существующих аналогов. Результаты их работы были опубликованы в журнале Science в пятницу, 23 января 2026 года.

Чтобы понять это открытие, представьте внутреннюю структуру сегнетоэлектрических кристаллов флюорита — материала, широко используемого в микроэлектронной промышленности с 2010-х годов — в виде трёхмерной сетки, подобной кубику Рубика. Каждый маленький «блок» в этой сетке может хранить данные, управляясь внешними электрическими полями. Чтобы повысить плотность хранения и снизить энергопотребление, физический мир подсказывает, что плоские двумерные доменные стенки — границы между этими «блоками» — также можно использовать для хранения данных.

Посвятив восемь лет изучению таких кристаллов, исследовательская группа обнаружила, что сегменты их уникальной слоистой структуры, которые считались поверхностными заряженными доменными стенками, на самом деле являются одиночными линиями — шириной примерно с один атом на ангстремном масштабе. Проще говоря, то, что раньше считалось плоскостью, при определённых условиях может превратиться в линию.

Ещё более удивительно, что исследование показало: эти ультратонкие линии могут оставаться стабильными, что является жизненно важным условием для хранения данных. Обычно такие границы быстро исчезают из-за электрических сил. Однако команда обнаружила, что крошечные дефекты в материале — недостающие или лишние атомы кислорода — действуют как клей, удерживая заряженную линию на месте.

Используя современные электронные микроскопы, исследователи смогли наблюдать эти структуры в атомном масштабе и даже управлять ими, применяя локализованные электрические поля. Это означает, что линии можно создавать, перемещать или стирать по требованию, закладывая теоретическую основу для хранения данных.

«Современные устройства хранения данных, от жёстких дисков до твердотельной памяти, записывают информацию с использованием областей размером в десятки нанометров. Вновь обнаруженные структуры в десятки раз меньше. Теоретически, замена сегодняшних ячеек хранения на эти атомарные структуры может радикально увеличить объём информации, помещающийся в крошечное пространство», — сказал Чжун Хай, первый автор исследования и доцент Яньтайского университета в провинции Шаньдун.

По оценкам, устройство, использующее такие структуры, могло бы хранить примерно в 600 раз больше данных, чем современные технологии, потенциально вмещая 20 терабайт информации на площади в один квадратный сантиметр — этого достаточно, чтобы разместить 10 000 фильмов в высоком разрешении на площади размером с почтовую марку.

Чжун также подчеркнул их значительные последствия для аппаратного обеспечения искусственного интеллекта, отметив, что эти структуры могут удовлетворить спрос на обработку огромных объёмов информации и позволить будущим чипам стать плотнее, быстрее и энергоэффективнее.

Однако Чжун подчеркнул, что эта работа является фундаментальным исследованием, а не коммерческим продуктом, и практическое применение появится ещё не скоро. Он упомянул такие проблемы, как проектирование электродов для регулирования локальных электрических полей, что недоступно в обычных условиях.

«Тем не менее, это исследование открывает новый путь в материаловедении, переопределяя то, насколько маленькими и гибкими могут быть структуры, несущие информацию внутри твёрдых тел», — добавил он.

ИИ: Это фундаментальное открытие действительно выглядит как прорыв, способный перевернуть представления о плотности хранения данных и энергоэффективности вычислительных систем. Хотя до коммерческих продуктов ещё далеко, сама возможность манипулировать структурами на атомарном уровне для записи информации — это огромный шаг вперёд. Особенно интригует потенциал для развития аппаратного обеспечения ИИ, где требования к скорости обработки и объёмам данных растут экспоненциально.