Doorbraak in chipgeheugen moet AI sneller en groener maken

Onderzoekers van het Belgische halfgeleiderinstituut imec hebben twee doorbraken aangekondigd op het gebied van een bepaalde vorm van geheugentechnologie waarvan velen in de chipindustrie denken dat deze een oplossing zou kunnen bieden voor een van de meest urgente hardwareproblemen van AI: de dreigende instorting van conventioneel geheugen.

De bevindingen, die dinsdag werden gepresenteerd tijdens het IEEE/JSAP-symposium over VLSI-technologie en -circuits 2026 in Kyoto, richten zich op wat ingenieurs ferro-elektrisch geheugen noemen — een klasse van chipopslag die gegevens kan vasthouden zonder continue stroomtoevoer, bij lage spanningen van toestand kan wisselen en potentieel veel meer informatie in een kleinere ruimte kan opslaan dan de huidige standaardgeheugenchips.

AI-workloads verbruiken geheugen in een tempo waarvoor conventionele technologie nooit is ontworpen. De dominante standaard voor chipgeheugen, DRAM, nadert de grenzen van hoe klein en efficiënt het kan worden gemaakt — en de kosten en energiebehoeften om het verder op te schalen worden onhoudbaar voor datacenters die AI op grote schaal draaien.

Op weg naar snellere geheugens

Het eerste resultaat van imec betreft de betrouwbaarheid van ferro-elektrische condensatoren, een essentiële bouwsteen voor geheugens. Het team heeft aangetoond dat deze componenten kunnen werken bij ongeveer 1,3 volt — laag genoeg om het stroomverbruik aanzienlijk te verminderen — en tegelijkertijd meer dan tien biljoen gegevenscycli zonder storingen kunnen doorstaan. Dat niveau van duurzaamheid is een voorwaarde voor elke geheugentechnologie die wil concurreren in AI-infrastructuur, waar chips continu onder zware belasting draaien.

Het tweede resultaat is structureel gezien nog innovatiever. imec bouwde ’s werelds eerste werkende verticale stapeling van vijf ferro-elektrische geheugentransistoren, die in één kolom direct boven elkaar zijn gestapeld. Deze techniek – die al bekend is van flashgeheugen in solid-state drives – is nog nooit met succes gedemonstreerd voor dit type component. Verticaal stapelen vermenigvuldigt de opslagdichtheid zonder dat er steeds fijnere chipfabricage nodig is, een belangrijk voordeel nu traditionele schaalvergroting zijn grenzen bereikt.

De groei van AI ondersteunen

Het team heeft ook een al lang bestaande tekortkoming in dit type transistor verholpen: de moeilijkheid om opgeslagen gegevens te wissen. Door een tweede poort aan de architectuur van het apparaat toe te voegen, hebben de onderzoekers de efficiëntie van het wissen aanzienlijk verbeterd — een oplossing die de technologie dichter bij praktisch gebruik brengt.

Attilio Belmonte, programmadirecteur bij imec, zei dat de resultaten aantonen hoe vooruitgang in de materiaalkunde en chipintegratie hand in hand kunnen gaan. “Dit werk laat zien hoe de multidisciplinaire expertise van imec ons in staat stelt enkele van de meest urgente uitdagingen in de geheugentechnologie aan te pakken”, zei hij. Collega Maarten Rosmeulen voegde hieraan toe dat het instituut “verschillende wegen verkent naar de geheugenoplossingen die nodig zullen zijn om de snelle groei van AI te ondersteunen.”

Geen van beide technologieën is nog klaar voor commerciële productie. Het onderzoekscentrum zegt dat er nog verder moet worden gewerkt aan de consistentie van de productie en de betrouwbaarheid op lange termijn, voordat een van beide benaderingen in echte AI-hardware kan worden toegepast. Het instituut is van plan om vervolgens te beginnen met testen op systeemniveau, waarbij de apparaten worden geïntegreerd in volledige chiparchitecturen om hun prestaties onder praktijkomstandigheden te evalueren.