Мы просим компьютеры 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 компьютерная память, которая будет быстрее и энергоэффективнее, чем когда-либо прежде. С этой целью исследователи из Стэнфордского университета разработали новый тип памяти с фазовым изменением, которая может помочь компьютерам быстрее и эффективнее обрабатывать большие объемы данных.
Инновации в технологии памяти
Исследователи из Стэнфордского университета 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. Недавно журнал Nature Communications подробно рассказал об их масштабируемой технологии, которая является быстрой, маломощной, стабильной, долговечной и может производиться при температурах, совместимых с коммерческим производством.
«Мы не просто улучшаем один показатель, такой как выносливость или скорость, мы улучшаем несколько показателей одновременно», — сказал Эрик Поп, профессор электротехники Пиз-Йе и заслуженный профессор материаловедения и инженерии в Стэнфорде. «Это самая реалистичная и благоприятная для отрасли вещь, которую мы когда-либо создавали в этой области. Мне нравится думать об этом как о шаге к универсальной памяти».
Повышение эффективности вычислений
Современные компьютеры хранят и обрабатывают данные в разных местах. Энергозависимая память (быстрая, но исчезает при выключении компьютера) отвечает за обработку данных, а энергонезависимая память (не быстрая, но может хранить информацию без постоянного подключения питания) отвечает за долговременное хранение данных. Перемещение информации между этими двумя местами создает узкое место, когда процессор ожидает получения больших объемов данных.
Сянджин Ву, один из первых авторов статьи и докторант, которого совместно курируют Поп и Филип Вонг, профессор Инженерной школы Уилларда Р. и Инес Керр Белл, сказал: «Переключение данных туда и обратно потребляет много энергии, особенно в современных вычислительных нагрузках. Благодаря этому типу памяти мы надеемся более тесно объединить память и обработку и в конечном итоге интегрировать их в одно устройство, тем самым сокращая потребление энергии и время».
Существует множество технических препятствий на пути создания эффективной, коммерчески жизнеспособной памяти общего назначения, которая может выполнять как долговременное хранение, так и быструю обработку с низким энергопотреблением, не жертвуя при этом другими показателями, но новая память с фазовым переходом, разработанная лабораторией Поупа, является наиболее близкой к этой технологии, которую когда-либо когда-либо удалось достичь. Исследователи надеются, что это вдохновит на дальнейшее развитие и внедрение этой универсальной памяти.
Перспективы сплава GST467
Память основана на GST467, сплаве, состоящем из четырех частей германия, шести частей сурьмы и семи частей теллура, разработанного сотрудниками Университета Мэриленда. Поп и его коллеги нашли способ поместить этот сплав между несколькими другими материалами нанометровой толщины в сверхрешетку — слоистую структуру, которую они ранее использовали для получения хорошего эффекта в энергонезависимой памяти.
«Уникальный состав GST467 позволяет ему переключаться исключительно быстро», — сказал Асир Интисар Хан, получивший докторскую степень в лаборатории Попа и являющийся соавтором статьи. «Интеграция его в сверхрешеточную структуру наноразмерного устройства обеспечивает низкую энергию переключения, дает нам хорошую долговечность, очень хорошую стабильность и делает его энергонезависимым — он может сохранять свое состояние в течение 10 и более лет».
Установите новые стандарты
Сверхрешетка GST467 прошла несколько важных тестов производительности. Память с фазовым изменением иногда может дрейфовать со временем, при этом значения 1 и 0 медленно смещаются, но их тесты показали, что память очень стабильна. Он также работает при напряжении менее 1 В (цель для технологии с низким энергопотреблением) и работает значительно быстрее, чем обычные твердотельные накопители.
«Несколько других типов энергонезависимой памяти могут быть быстрее, но они работают при более высоких напряжениях и потребляют больше энергии», — сказал Поп. «Все эти вычислительные технологии требуют компромисса между скоростью и энергопотреблением. Тот факт, что мы можем переключаться за десятки наносекунд при напряжении ниже одного вольта, очень важен».
Сверхрешетки также могут вместить большое количество ячеек памяти в небольшом пространстве. Исследователи уменьшили диаметр ячеек памяти до 40 нанометров, что составляет менее половины размера коронавируса. Такой подход возможен, поскольку сверхрешетка изготавливается при более низких температурах и с использованием передовых технологий производства. Температура изготовления значительно ниже требуемой. Исследователи обсуждают возможность объединения воспоминаний в тысячи слоев для увеличения плотности. Эта память может обеспечить возможность создания 3D-слоев в будущем.
Источник составления: ScitechDaily.