Среда, 21 февраля, 2024
ДомойТехнологииРеволюционная универсальная память Стэнфорда: появление быстрой и сверхэффективной матрицы памяти

Революционная универсальная память Стэнфорда: появление быстрой и сверхэффективной матрицы памяти

- Advertisement -

Новая память с фазовым изменением, разработанная исследователями из Стэнфорда, предлагает более быстрые и эффективные возможности обработки данных. Эта масштабируемая, маломощная и стабильная технология может произвести революцию в вычислительной технике, улучшив показатели производительности по всем направлениям, что станет шагом к универсальной памяти. Фото: SciTechDaily.com

Исследователи из Стэнфорда разработали новую память с фазовым изменением, которая может помочь компьютерам быстрее и эффективнее обрабатывать большие объемы данных.

Мы поручаем нашим компьютерам обрабатывать постоянно растущие объемы данных, чтобы ускорить разработку 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.

Инновации в технологии памяти

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 искусственного интеллекта и систем, ориентированных на данные. Их масштабируемая технология, как подробно описано недавно в Природные коммуникацииявляется 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 Пиз-Йе и профессор материаловедения и инженерии 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. 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. Фото: С разрешения Pop Lab

Повышение эффективности вычислений

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 так быстра, 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, соавтор статьи и докторант, которого совместно консультировали Поп и Филип Вонг, Уиллард Р. и Инес Керр Белл, профессор Инженерной школы. «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 долгосрочному 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.

Перспективы сплава GST467

Память использует 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 обеспечивает особенно высокую скорость переключения», — сказал Асир Интисар Хан, получивший докторскую степень в лаборатории Попа и являющийся соавтором статьи. «Интегрируя его в структуру сверхрешетки в наномасштаб Устройства обеспечивают низкую энергию переключения, дают нам хорошую выносливость, очень хорошую стабильность и делают их энергонезависимыми — они могут сохранять свое состояние в течение 10 лет или дольше».

Установка новой планки

Сверхрешетка GST467 соответствует нескольким важным критериям. Память с фазовым изменением иногда может дрейфовать со временем – по сути, значения единиц и нулей могут медленно смещаться – 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 энергонезависимой памяти могут быть немного быстрее, но они работают при более высоком напряжении или большей мощности», — 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 сократили клетки памяти до 40 нанометров в диаметре — 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».

Ссылка: «Новые нанокомпозитные сверхрешетки для низкоэнергетической и высокостабильной наноразмерной памяти с фазовым переходом», авторы Сянджин Ву, Асир Интисар Хан, Хэнъюань Ли, Чэнь-Фэн Сюй, Хуайруо Чжан, Хешань Ю, Нил Рой, Альберт В. Давыдов, Ичиро Такеучи, Синьюй Бао, Х.-С. Филип Вонг и Эрик Поп, 22 января 2024 г., Природные коммуникации.
DOI: 10.1038/s41467-023-42792-4

Поп является членом Stanford SystemX Alliance и филиалом SLAC и Precourt Institute for Energy. Вонг — профессор электротехники, член Стэнфордского института био-X, Института нейронаук Ву Цая и филиала Прекортского института энергетики.

Дополнительные соавторы представляют Тайваньскую компанию по производству полупроводников, Национальный институт стандартов и технологий, Theiss Research Inc, Университет Мэриленда и Тяньцзиньский университет.

Эта работа финансировалась Стэнфордской исследовательской инициативой в области технологий энергонезависимой памяти, Корпорацией исследований полупроводников, Министерством торговли США и Национальным институтом стандартов и технологий.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме