ROM berbasis DNA, memori asam nukleat dan substrat untuk OxRAM

ROM berbasis DNA

National Science Foundation (NSF) dan Semiconductor Research Corp. (SRC) menginvestasikan $ 12 juta dalam pengembangan kelas memori baru dan teknologi lainnya - khususnya, memori permanen berdasarkan DNA, memori asam nukleat (NAM) dan jaringan saraf berdasarkan sel ragi.

Inisiatif ini disebut Semikonduktor Sintetis Biologi untuk Teknologi Informasi dan Penyimpanan, SemiSynBio. SemiSynBio adalah proyek bersama NSF dan SRC.

Memori yang ada dapat diandalkan dan murah, tetapi memiliki batasan tertentu. Industri ini bekerja pada gelombang tipe memori generasi berikutnya - memori akses magnetoresistif acak (MRAM), memori fase-keadaan , dan memori resistif akses acak (ReRAM). Ini adalah memori yang tidak mudah menguap dengan daya tahan yang tidak terbatas.

Para peneliti juga bekerja pada bermacam-macam jenis memori biologis. Struktur biologis yang dikombinasikan dengan teknologi semikonduktor mampu menyimpan data 1000 kali lebih banyak daripada teknologi saat ini, dan mempertahankan data ini selama seratus tahun atau lebih, sambil mengonsumsi lebih sedikit energi.

Sebagai contoh, industri ini bekerja pada teknologi penyimpanan arsip menggunakan asam deoksiribonukleat (DNA). DNA adalah platform yang menjanjikan untuk menyimpan informasi dalam perangkat elektronik generasi mendatang. DNA tidak mengalami degradasi dari waktu ke waktu dan sangat kompak. Dapat digunakan untuk menyimpan sejumlah besar data dalam jumlah yang sangat kecil untuk waktu yang sangat lama.


Para peneliti menggunakan DNA, molekul utama yang mengkode informasi genetik dalam biologi, sebagai blok bangunan yang dapat diprogram - blok molekul LEGO - untuk membuat bahan kompleks dengan sifat khusus

Semakin banyak perusahaan yang bekerja untuk menyimpan informasi dalam DNA. Sebagai contoh, tahun lalu Twist Bioscience, Microsoft dan University of Washington berhasil menyimpan rekaman audio dari dua pertunjukan musik di Montreux Jazz Festival dalam memori DNA.

Di komputer, unit informasi individual disimpan dalam bentuk nol dan yang, kode biner. Molekul DNA menyandikan informasi melalui urutan unit individu. Dalam molekul DNA, unit-unit ini adalah empat basa nukleat yang berbeda: adenin (A), sitosin (C), guanin (G) dan timin (T).

Untuk mengkodekan musik ke dalam salinan DNA yang dimaksudkan untuk penyimpanan arsip, Twist Bioscience, Microsoft, dan University of Washington mengembangkan proses empat langkah: pengkodean DNA, sintesis konservasi, ekstraksi, dan pengodean ulang.

Tetapi ada beberapa kendala teknis dan mendasar untuk implementasi penyimpanan DNA.

Program SemiSynBio diciptakan oleh industri untuk mengatasi masalah ini. Dalam salah satu proyek dari inisiatif ini, Universitas California di Davis, Universitas Washington, dan Universitas Emory sedang mengembangkan ROM berbasis DNA. Tujuannya adalah untuk membuat perangkat yang dapat diprogram sesuai keinginan, membaca secara elektronik, dan dikombinasikan dengan semikonduktor konvensional, menyediakan penyimpanan jangka panjang dan pengambilan data. Untuk tujuan ini, para peneliti telah mengembangkan beberapa teknologi:

• Kawat nano DNA. Mereka akan tumbuh menggunakan proses self-assembly bottom-up, dengan aditif molekul dan ion, dan pertumbuhan pola struktur anorganik.
• Aturan untuk pengembangan sel memori berbasis DNA bertingkat.
• Pengembangan ROM cross-linked berdasarkan DNA.

Selain DNA ROM, SemiSynBio juga membiayai proyek lain - sistem penyimpanan data pada chip skala nanometer menggunakan DNA chimeric, penyimpanan data dalam DNA menggunakan pembacaan berdasarkan nanopores, memori pada asam nukleat, bioelektronika berdasarkan reaksi redoks dan YeastOns. YeastOns adalah jaringan saraf berdasarkan komunikasi antara sel-sel ragi.

Sebagai bagian dari program ini, Universitas Idaho di Boise mengembangkan memori asam nukleat (NAM). Mereka sudah memiliki dua prototipe media - NAM digital (dNAM) dan NAM serial (seqNAM).

“Dalam dNAM, informasi dikodekan melalui orientasi spasial spesifik dari sekuens DNA di atas struktur nano origami yang dapat dialamatkan yang disebut node penyimpanan NAM. Origami DNA menyediakan cara yang mudah dan pendekatan yang terbukti untuk pembuatan prototipe cepat dari struktur nodal NAM, ”kata NSF. "Dalam seqNAM, informasi dikodekan dalam potongan segmen data yang terkandung dalam rantai molekul terpisah."

Dawn Tilbury, Asisten Direktur Teknik NSF, mengatakan: "Kemampuan yang kami miliki saat ini telah meningkat secara dramatis dibandingkan beberapa dekade yang lalu, tetapi bahan seperti silikon memiliki keterbatasan fisik yang menahan perhitungan pada skala yang sangat kecil. Materi dan skema berbasis biologi mengisyaratkan peluang yang sangat menarik yang dapat mengatasi hambatan ini, apalagi, dengan biaya energi yang lebih rendah. "

Erwin Gianchandani, Wakil Direktur Sementara NSF untuk Ilmu Komputer, Informasi dan Teknik, menambahkan: “Studi ini akan membuka jalan bagi perangkat dengan kemampuan penyimpanan yang jauh lebih besar dan kebutuhan energi yang jauh lebih sedikit. Bayangkan, misalnya, bahwa kita dapat merekam semua isi Library of Congress pada perangkat seukuran kuku jari Anda. "

Substrat OxRAM

Laboratorium Teknologi dan Informasi Teknologi (LETI) CEA Tech dan Pusat Layanan CMP, yang membuat prototipe dan memproduksi sejumlah kecil sirkuit terpadu dan sirkuit mikroelektromekanik , memperkenalkan proses industri pertama untuk memproduksi substrat serba guna (multi-proyek-wafer, MPW) untuk pembuatan perangkat 200mm OxRAM platform.

OxRAM adalah memori non-volatile baru, subset dari memori resistif (ReRAM). Secara umum, ada dua jenis utama ReRAM - ReRAM dengan kekurangan oksigen dan CBRAM. ReRAM kekurangan oksigen dikenal sebagai ReRAM berbasis oksida, atau OxRAM. OxRAM dapat digunakan sebagai memori internal pada mikrokontroler atau produk dari bidang keamanan, serta untuk mempercepat pekerjaan perhitungan AI dan neuromorfik.


Struktur OxRAM

Produksi substrat serba guna pergi ke garis CMOS LETI 200mm. Layanan ini memungkinkan pengembangan OxRAM. Ini termasuk satu set topeng yang disebut "Memory Advanced Demonstrator" (MAD) menggunakan teknologi OxRAM. Platform teknologi baru akan didasarkan pada lapisan aktif hafnium oksida dengan penambahan titanium. Teknologi ini dilengkapi dengan contoh desain praktis, termasuk tata letak, kontrol kualitas, dan simulasi. Perpustakaan dengan sejumlah besar komponen elektro-optik aktif dan pasif disediakan.

Etienne Novak, kepala LETI Advanced Memory Laboratory, mengatakan: "Fitur ini, bersama dengan platform demonstrator memori canggih kami, didasarkan pada serangkaian besar alat yang memungkinkan kami untuk melakukan berbagai studi bersama dengan mitra kami, dan menyediakan kemampuan untuk memverifikasi efektivitas berbagai solusi di bidang memori yang tidak mudah menguap" .

Jean-Christophe Krebier, Direktur CMP, menambahkan: "Ini adalah kesempatan bagi banyak universitas, startup dan usaha kecil di Perancis, Eropa, Amerika Utara dan Asia untuk mengambil keuntungan dari teknologi dan layanan baru."

Mikroskopi biologis

IMEC menerima hibah € 1,5 juta untuk pengembangan mikroskopi ultra-kompak berdasarkan fotonik pada chip dan sensor gambar pada CMOS. IMEC akan mengembangkan teknologi yang disebut Mikroskopi Terpadu pada Chip dengan Pencahayaan Terstruktur Resolusi Tinggi (IROCSIM). Teknologi ini dapat digunakan dalam [studi] DNA, biologi dan kedokteran.

Niels Werellen, kepala peneliti fotonik dan manajer proyek di IMEC, mengatakan: “Mikroskop resolusi tinggi yang kompak dan berkinerja tinggi akan menyebabkan perubahan besar dalam bidang penelitian biologi, dalam memfasilitasi akses ke teknologi pengurutan DNA, dalam diagnosis penyakit tertentu, dalam studi obat baru dalam farmakologi, dan membuat diagnosis untuk pasien di tempat-tempat terpencil. "