ROM basée sur l'ADN
National Science Foundation (NSF) et Semiconductor Research Corp. (SRC) investit 12 millions de dollars dans le développement d'une nouvelle classe de mémoire et d'autres technologies - en particulier, la mémoire permanente basée sur l'ADN, la mémoire sur l'acide nucléique (NAM) et les réseaux neuronaux basés sur les cellules de levure.
L'initiative s'appelait Biologie synthétique des semi-conducteurs pour les technologies de traitement et de stockage de l'information, SemiSynBio. SemiSynBio est un projet conjoint de NSF et SRC.
La mémoire existante est fiable et bon marché, mais elle a certaines limites. L'industrie travaille sur une vague de types de mémoire de nouvelle génération: la mémoire vive
magnétorésistive (MRAM), la
mémoire à état de phase et la mémoire résistive à accès aléatoire (ReRAM). Il s'agit d'une mémoire non volatile avec une durabilité illimitée.
Les chercheurs travaillent également sur un assortiment de types biologiques de mémoire. Les structures biologiques combinées à la technologie des semi-conducteurs sont capables de stocker 1000 fois plus de données que les technologies actuelles, et de conserver ces données pendant cent ans ou plus, tout en consommant moins d'énergie.
Par exemple, l'industrie travaille sur des technologies de stockage d'archives utilisant de
l'acide désoxyribonucléique (ADN). L'ADN est une plate-forme prometteuse pour stocker des informations dans des appareils électroniques de nouvelle génération. L'ADN ne se dégrade pas avec le temps et est très compact. Il peut être utilisé pour stocker une énorme quantité de données en très petite quantité pendant très longtemps.
Les chercheurs utilisent l'ADN, la molécule principale codant l'information génétique en biologie, comme un bloc de construction programmable - le bloc moléculaire LEGO - pour créer des matériaux complexes avec des propriétés spécialesDe plus en plus d'entreprises travaillent sur le stockage d'informations dans l'ADN. Par exemple, l'année dernière Twist Bioscience, Microsoft et l'Université de Washington ont réussi à sauvegarder les enregistrements audio de deux performances musicales au Montreux Jazz Festival dans la mémoire de l'ADN.
Dans les ordinateurs, des unités individuelles d'informations sont stockées sous forme de zéros et de uns, un code binaire. Les molécules d'ADN codent l'information par le biais de séquences d'unités individuelles. Dans les molécules d'ADN, ces unités sont constituées de quatre bases nucléiques différentes: l'
adénine (A), la
cytosine (C), la
guanine (G) et la
thymine (T).
Pour encoder la musique en copies d'ADN destinées au stockage d'archives, Twist Bioscience, Microsoft et l'Université de Washington ont développé un processus en quatre étapes: encodage de l'ADN, synthèse de conservation, extraction et décodage.
Mais il existe plusieurs obstacles techniques et fondamentaux à la mise en œuvre du stockage d'ADN.
Le programme SemiSynBio a été inventé par l'industrie afin de surmonter ces problèmes. Dans l'un des projets de cette initiative, l'Université de Californie à Davis, l'Université de Washington et l'Université Emory développent des ROM basées sur l'ADN. L'objectif est de créer un dispositif qui peut être programmé comme vous le souhaitez, lu électroniquement et combiné avec des semi-conducteurs conventionnels, offrant un stockage et une récupération à long terme des données. À cette fin, les chercheurs ont développé plusieurs technologies:
- Nanofils d'ADN. Ils seront cultivés en utilisant le processus d'auto-assemblage ascendant, avec des additifs moléculaires et ioniques, et la croissance structurée de structures inorganiques.
- Règles pour le développement de cellules de mémoire à plusieurs niveaux basées sur l'ADN.
- Développement de ROMs réticulées basées sur l'ADN.
En plus de l'ADN ROM, SemiSynBio finance également d'autres projets - systèmes de stockage de données sur une puce à l'échelle nanométrique utilisant de l'ADN chimérique, stockage de données dans l'ADN utilisant une lecture basée sur des nanopores, mémoire sur l'acide nucléique, bioélectronique basée sur des réactions redox et YeastOns. YeastOns sont des réseaux de neurones basés sur les communications entre les cellules de levure.
Dans le cadre du programme, l'Université de l'Idaho à Boise développe une mémoire d'acide nucléique (NAM). Ils ont déjà deux prototypes de médias - NAM numérique (dNAM) et NAM série (seqNAM).
«Dans dNAM, les informations sont codées via une orientation spatiale spécifique des séquences d'ADN au-dessus des nanostructures d'origami ADN adressables appelées nœuds de stockage NAM. L'ADN origami offre un moyen pratique et une approche éprouvée de prototypage rapide et efficace des structures nodales NAM », a déclaré NSF. «Dans seqNAM, les informations sont encodées en morceaux de segments de données contenus dans des chaînes moléculaires distinctes.»
Dawn Tilbury, directrice adjointe de l'ingénierie de NSF, a déclaré: «Les capacités que nous avons aujourd'hui ont considérablement progressé par rapport à il y a quelques décennies, mais les matériaux comme le silicium ont des limitations physiques qui freinent les calculs à très petite échelle. Les matériaux et schémas basés sur la biologie suggèrent des opportunités très intéressantes qui peuvent en outre surmonter ces obstacles avec des coûts énergétiques inférieurs. »
Erwin Gianchandani, directeur adjoint par intérim de la NSF pour l'informatique, l'information et l'ingénierie, a ajouté: «Cette étude ouvrira la voie à des appareils avec des capacités de stockage beaucoup plus grandes et des besoins énergétiques beaucoup moins importants. Imaginez, par exemple, que nous pouvons enregistrer tout le contenu de la
Bibliothèque du Congrès sur un appareil de la taille de votre ongle. »
Substrats OxRAM
Le laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (LETI) et le centre de services CMP de CEA Tech, qui prototypent et fabriquent de petits lots de circuits intégrés et de circuits
microélectromécaniques , ont introduit le premier procédé industriel de production de substrats polyvalents (plaquette multi-projets, MPW) pour la fabrication de dispositifs OxRAM de 200 mm la plateforme.
OxRAM est une nouvelle mémoire non volatile, un sous-ensemble de mémoire résistive (ReRAM). En général, il existe deux principaux types de ReRAM - ReRAM avec une carence en oxygène et CBRAM. La ReRAM carencée en oxygène est connue sous le nom de ReRAM à base d'oxyde, ou OxRAM. OxRAM peut être utilisé comme mémoire interne sur des microcontrôleurs ou des produits du domaine de la sécurité, ainsi que pour accélérer le travail de l'IA et des calculs neuromorphiques.
Structure d'OxRAMLa production de substrats polyvalents revient à la ligne CMOS LETI 200 mm. Le service permet le développement d'OxRAM. Il comprend un ensemble de masques appelé «Memory Advanced Demonstrator» (MAD) utilisant la technologie OxRAM. La nouvelle plateforme technologique sera basée sur des couches actives d'oxydes d'hafnium avec ajout de titane. Cette technologie est livrée avec des exemples de conception pratiques, notamment des mises en page, un contrôle qualité et des simulations. Des bibliothèques avec un grand nombre de composants électro-optiques actifs et passifs sont fournies.
Etienne Novak, chef du laboratoire de mémoire avancée LETI, a déclaré: «Cette fonctionnalité, ainsi que notre plate-forme de démonstration de mémoire avancée, est basée sur un large éventail d'outils qui nous permet de mener diverses études avec nos partenaires et permet de vérifier l'efficacité de diverses solutions dans le domaine de la mémoire non volatile» .
Jean-Christophe Krebier, directeur du CMP, a ajouté: «C'est l'occasion pour de nombreuses universités, startups et petites entreprises en France, en Europe, en Amérique du Nord et en Asie de profiter des nouvelles technologies et des nouveaux services.»
Microscopie biologique
IMEC a reçu une subvention de 1,5 million d'euros pour le développement de la microscopie ultra-compacte basée sur la photonique sur puce et les capteurs d'image sur CMOS. IMEC développera une technologie appelée microscopie intégrée sur puce avec éclairage structuré haute résolution (IROCSIM). Cette technologie peut être utilisée dans [l'étude] de l'ADN, de la biologie et de la médecine.
Niels Werellen, chercheur en photonique en chef et chef de projet à l'IMEC, a déclaré: «La microscopie compacte et haute performance à haute résolution entraînera des changements majeurs dans le domaine de la recherche biologique, en facilitant l'accès à la technologie de séquençage de l'ADN, dans le diagnostic de certaines maladies, dans l'étude de nouveaux médicaments en pharmacologie, et faire des diagnostics pour les patients dans des endroits éloignés.