Новый кандидат на роль универсальной памяти — быстрый, маломощный, стабильный и долговечный.

Новый кандидат на роль универсальной памяти — быстрый, маломощный, стабильный и долговечный.

Отметка времени: 22 января 2024 г., 2:53
Исходный узел: 2452454
22 янв.2024 г. (Новости Наноуэрк) Мы поручаем нашим компьютерам обрабатывать постоянно растущие объемы данных, чтобы ускорить открытие лекарств, улучшить прогнозы погоды и климата, обучить искусственный интеллект, и многое другое. Чтобы удовлетворить этот спрос, нам нужна более быстрая и энергоэффективная компьютерная память, чем когда-либо прежде. Исследователи из Стэнфорда продемонстрировали, что новый материал может сделать память с фазовым изменением, которая основана на переключении между состояниями высокого и низкого сопротивления для создания единиц и нулей компьютерных данных, улучшенным вариантом для будущего ИИ и систем, ориентированных на данные. Их масштабируемая технология, как подробно описано недавно в Природа связи («Новые нанокомпозиты-сверхрешетки для низкоэнергетической и высокостабильной наноразмерной памяти с фазовым переходом»), является быстрым, маломощным, стабильным, долговечным и может быть изготовлен при температурах, совместимых с коммерческим производством. «Мы не просто улучшаем какой-то один показатель, такой как выносливость или скорость; мы улучшаем несколько показателей одновременно», — сказал Эрик Поп, профессор электротехники, материаловедения и инженерии Пиз-Йе (любезно) в Стэнфорде. «Это самое реалистичное, дружественное к отрасли решение, которое мы создали в этой сфере. Мне бы хотелось думать об этом как о шаге к всеобщей памяти». Сечения фазовых запоминающих устройств в высокоомном и низкоомном состояниях Сечения фазовых запоминающих устройств в высокоомном и низкоомном состояниях. Диаметр нижнего электрода составляет ~40 нанометров. Стрелками отмечены некоторые из интерфейсов Ван-дер-Ваальса (ВДВ), которые образуются между слоями материалов сверхрешетки. Сверхрешетка разрушается и преобразуется между состояниями с высоким и низким сопротивлением. (Изображение предоставлено Pop Lab)

Более быстрая энергонезависимая память

Современные компьютеры хранят и обрабатывают данные в разных местах. Энергозависимая память, которая работает быстро, но исчезает при выключении компьютера, отвечает за обработку, а энергонезависимая память, которая не такая быстрая, но может хранить информацию без постоянного энергопотребления, обеспечивает долговременное хранение данных. Перемещение информации между этими двумя местоположениями может вызвать узкие места, пока процессор ожидает получения больших объемов данных. «Передача данных туда и обратно требует много энергии, особенно при сегодняшних вычислительных нагрузках», — сказал Сянджин Ву, докторант, которого совместно консультировали Поп и Филип Вонг, профессор Уилларда Р. и Инес Керр Белл в Школе компьютерных технологий. Инженер и ведущий автор статьи. «С помощью этого типа памяти мы действительно надеемся объединить память и обработку, в конечном итоге в одном устройстве, чтобы оно использовало меньше энергии и времени». Существует множество технических препятствий на пути создания эффективной, коммерчески жизнеспособной универсальной памяти, способной как к долговременному хранению, так и к быстрой обработке с низким энергопотреблением без ущерба для других показателей, но новая память с фазовым переходом, разработанная в лаборатории Попа, настолько близка к этому, насколько это возможно. до сих пор с этой технологией. Исследователи надеются, что это вдохновит на дальнейшее развитие и принятие в качестве универсальной памяти. В основе памяти лежит GST467, сплав из четырех частей германия, шести частей сурьмы и семи частей теллура, который был разработан сотрудниками Университета Мэриленда. Поп и его коллеги нашли способы разместить сплав между несколькими другими материалами нанометровой толщины в сверхрешетке — слоистой структуре, которую они ранее использовали для достижения хороших результатов энергонезависимой памяти. «Уникальный состав GST467 придает ему особенно высокую скорость переключения», — сказал Асир Интисар Хан, получивший докторскую степень в лаборатории Попа и являющийся соавтором статьи. «Интеграция его в сверхрешеточную структуру наноразмерных устройств обеспечивает низкую энергию переключения, дает нам хорошую выносливость, очень хорошую стабильность и делает его энергонезависимым — он может сохранять свое состояние в течение 10 лет или дольше».

Установка нового бара

Сверхрешетка GST467 соответствует нескольким важным критериям. Память о фазовом изменении иногда может дрейфовать со временем — по сути, значения единиц и нулей могут медленно меняться — но их тесты показывают, что эта память чрезвычайно стабильна. Он также работает при напряжении ниже 1 В, что является целью технологии малой мощности, и работает значительно быстрее, чем обычный твердотельный накопитель. «Некоторые другие типы памяти с фазовым изменением могут быть немного быстрее, но они работают при более высоком напряжении», — сказал Поп. «Со всеми этими вычислительными технологиями существует компромисс между скоростью и энергией. Тот факт, что мы переключаемся за несколько десятков наносекунд, работая при температуре ниже одного вольта, имеет большое значение». Сверхрешетка также умещает большое количество ячеек памяти в небольшом пространстве. Исследователи уменьшили диаметр ячеек памяти до 40 нанометров — менее половины размера коронавируса. Это не так плотно, как могло бы быть, но исследователи изучают способы компенсации путем укладки памяти в вертикальные слои, что возможно благодаря низкой температуре изготовления сверхрешетки и методам, использованным для ее создания. «Температура изготовления значительно ниже той, которая вам нужна», — сказал Поп. «Люди говорят об объединении памяти в тысячи слоев для увеличения плотности. Этот тип памяти может обеспечить такое будущее 3D-наслоение».

Отметка времени:

Больше от нанотехнология