Мемристор на основе оксида олова для нейроморфных и периферийных вычислений

Мемристор Pt/SnOₓ/TiN воспроизводит ключевые функции биологического синапса с высокой точностью:

• Линейное и симметричное обновление синаптических весов при потенциации и депрессии — критически важно для эффективного обучения нейросетей;
• Пластичность, зависящая от частоты импульсов (SRDP) — сила синаптической связи динамически регулируется в ответ на частоту и амплитуду входных сигналов, как в живом мозге;
• Парно-импульсная фасилитация (ППФ) и механизмы кратко- и долговременной памяти (STM/LTM) — позволяют моделировать процессы обучения, забывания и консолидации информации.

Благодаря униполярному переключению и отсутствию стохастичности (ненитевидный механизм), мемристор обеспечивает высокую воспроизводимость от цикла к циклу и от ячейки к ячейке. Это делает его идеальным строительным блоком для масштабируемых нейроморфных чипов, способных выполнять параллельные вычисления с энергоэффективностью, приближенной к биологической, и без узкого места фон Неймановской архитектуры.
Такие системы открывают путь к автономным ИИ-устройствам, способным к обучению в реальном времени, адаптации к изменяющейся среде и работе в условиях ограниченных ресурсов — от периферийных сенсоров до бортовых вычислителей в робототехнике и аэрокосмике.

На основе мемристора Pt/SnOₓ/TiN разработана энергонезависимая ячейка памяти нового поколения, сочетающая рекордную плотность хранения, высокую надёжность и полную технологическую совместимость с отечественной микроэлектроникой.
Ключевым достижением является реализация многоуровневой ячейки (MLC) с до 23 стабильных состояний сопротивления, достигнутых за счёт точного контроля:

• заданного напряжения (12 уровней от 1,5 В до 2,6 В)
• ограничивающего тока (CC) (23 уровня от 0,03 мА до 10 мА)

Это позволяет хранить более 4 бит информации в одной физической ячейке — в 4 раза выше, чем у традиционных бинарных решений (1 бит/ячейка), и сопоставимо с лучшими мировыми аналогами (например, Weebit Nano, Intel).
Критически важным фактором для промышленного внедрения является высокая воспроизводимость:

• Коэффициент вариации (CV) — всего 0,027 для LRS и 0,154 для HRS,
• Окно памяти — 22,5,
• Стабильность подтверждена более чем 100 циклами переключения и однородностью характеристик от ячейки к ячейке.

Технология полностью совместима с существующими CMOS-процессами ≥0,5 мкм, что позволяет интегрировать её на действующих российских мощностях без необходимости в нанометровом оборудовании или импортных материалов. Все компоненты — включая SnOₓ-мишени и кремниевые пластины — доступны на территории РФ.

Мемристор Pt/SnOₓ/TiN демонстрирует исключительную надёжность и стабильность, что делает его идеальным решением для применения в условиях экстремальных нагрузок, повышенных требований к безопасности и невозможности сервисного обслуживания.
Ключевые свойства, обеспечивающие пригодность для критических отраслей:

• Ненитевидный механизм переключения — отсутствие случайно формируемых проводящих нитей исключает стохастическое поведение, деградацию и внезапные отказы, характерные для традиционных ReRAM-структур;
• Высокая воспроизводимость: коэффициент вариации (CV) всего 0,027 для LRS и 0,154 для HRS, подтверждённый более чем 100 циклами переключения и однородностью характеристик от ячейки к ячейке;
• Устойчивость к внешним воздействиям: материал SnOₓ и структура ячейки демонстрируют высокую радиационную стойкость и термостабильность, что подтверждено предварительными испытаниями на базе отраслевых НИИ;
• Энергонезависимость — данные сохраняются без питания, что критично для автономных систем при отключении энергоснабжения.

Эти характеристики открывают прямой путь к применению в:

• Оборонно-промышленном комплексе: защищённые бортовые контроллеры, системы управления вооружением, криптографические модули с локальным хранением ключей;
• Космической технике: бортовые вычислители спутников и межпланетных аппаратов, где невозможен ремонт и требуется устойчивость к космической радиации;
• Критической инфраструктуре: системы АСУ ТП в энергетике, атомной промышленности, ЖКХ — где сбой может привести к катастрофическим последствиям.

Благодаря полному циклу локализации — от материалов (SnOₓ-мишени) до производства на Российском оборудовании — технология обеспечивает информационную безопасность и суверенитет, исключая зависимость от импортных компонентов и скрытых уязвимостей.
Наша ReRAM-ячейка — это не просто элемент памяти, а залог надёжности и безопасности в самых ответственных системах страны.