На круглом столе «Отечественная электронная компонентная база для беспилотных авиационных систем с использованием искусственного интеллекта», организованном Минпромторгом России в рамках форума «Микроэлектроника-2026», Андрей Маркеев, главный научный сотрудник Центра коллективного пользования уникальным научным оборудованием в области нанотехнологий МФТИ, представил доклад о двумерных транзисторах памяти и их перспективах в системах искусственного интеллекта.
В начале доклада Андрей Михайлович обозначил главную проблему современной архитектуры: периферийные устройства со встроенным искусственным интеллектом — умные камеры, легкие дроны, мобильные устройства, портативная медицинская диагностика — традиционно работают по принципу фон Неймана, где обмен данными между процессором и памятью требует значительных энергозатрат.
«Речь в моем докладе пойдет о нашем стремлении к вычислениям в памяти. Основная рутинная операция таких устройств — векторно-матричное умножение. Если создать матрицу элементов памяти с различной проводимостью и подать на нее вектор напряжения, то по закону Ома и правилам Кирхгофа результат умножения получается за один такт»,— подчеркнул Маркеев.
МФТИ много лет занимается сегнетоэлектрической памятью на основе оксида гафния — CMOS-совместимого материала.
«Было много тонкостей и нюансов. Были проблемы с временем хранения, нам приходилось решать модификации нашего стека вставкой межслоев на границе раздела, чтобы улучшить хранение информации. Также были проблемы с ресурсом по переключению. Это тоже решалось»,— рассказал он.
Центральная часть выступления была посвящена двумерным полупроводникам, в частности дисульфиду молибдена (MoS₂). Его ключевое преимущество — атомарная толщина, позволяющая такому транзистору очень хорошо работать, тогда как кремний при сопоставимой толщине работает плохо из-за рассеяния носителей на его рельефе, сопоставимом с толщиной.
Андрей Маркеев привел пример работы, выполненной компанией TSMC: на MoS₂ с тем же сегнетоэлектрическим стеком удалось получить 10¹² циклов перезаписи — рекордное значение, тогда как на кремниевой технологии добиваются, как правило, 10⁹ циклов.
«У MoS2-транзистора также уникально низкие рабочие напряжения, порядка 50 мВ между истоком и стоком, и крутизна близка к теоретической»,— отметил докладчик.
Именно малое напряжение питания критически важно для энергоэффективности, поскольку в формуле оценки энергопотребления оно в квадрате. По расчетам, матрица памяти на двумерных материалах может обеспечить «стократный выигрыш» по сравнению с устройствами на флеш-памяти.
Но что уже сделано в МФТИ? За два года работы команда под руководством Андрея Маркеева освоила эпитаксиальный рост материала на сапфировых подложках и отработала технологию двумерных транзисторов памяти — как с сегнетоэлектрическим затвором, так и с charge-trapping структурой (флеш-технология). Тонкий канал оказался чувствительным к заряду, хранимому в затворном диэлектрике, что позволяет получать множество уровней проводимости — именно то, что нужно для вычислений в памяти.
Российский форум «Микроэлектроника-2026» — крупнейшая отраслевая площадка страны, объединяющая представителей науки, бизнеса и государства для обсуждения развития электронной компонентной базы.
