Tehnologie Nano

Noul tip de memorie pentru computer ar putea reduce considerabil consumul de energie și ar putea îmbunătăți performanța

Marca temporală: 24 iunie 2023 6: 08 AM
Nodul sursă: 2566237

Republicat de Platon

24 iunie 2023 (Știri Nanowerk) Cercetătorii au dezvoltat un nou design pentru memoria computerului care ar putea atât îmbunătăți considerabil performanța, cât și reduce cerințele de energie ale internetului și tehnologiilor de comunicații, despre care se preconizează că vor consuma aproape o treime din electricitatea globală în următorii zece ani. Cercetătorii, conduși de Universitatea din Cambridge, au dezvoltat un dispozitiv care procesează datele într-un mod similar cu sinapsele din creierul uman. Dispozitivele se bazează pe oxid de hafniu, un material deja folosit în industria semiconductoarelor, și bariere minuscule auto-asamblate, care pot fi ridicate sau coborâte pentru a permite trecerea electronilor. Această metodă de modificare a rezistenței electrice a dispozitivelor de memorie ale computerului și de a permite procesării informațiilor și memoriei să existe în același loc, ar putea duce la dezvoltarea dispozitivelor de memorie ale computerului cu densitate mult mai mare, performanțe mai mari și consum mai mic de energie. Rezultatele sunt raportate în jurnal Avansuri de știință („Proiectarea în peliculă subțire a nanocompozitelor amorfe de oxid de hafniu care permite o uniformitate puternică a comutării rezistive interfațale”). Lumea noastră amanată de date a dus la o creștere a cererii de energie, ceea ce face din ce în ce mai dificilă reducerea emisiilor de carbon. În următorii câțiva ani, se preconizează că inteligența artificială, utilizarea internetului, algoritmii și alte tehnologii bazate pe date vor consuma mai mult de 30% din electricitatea globală. „În mare măsură, această explozie a cererii de energie se datorează deficiențelor tehnologiilor actuale de memorie a computerelor”, a spus primul autor, dr. Markus Hellenbrand, de la Departamentul de Știința Materialelor și Metalurgie din Cambridge. „În calculul convențional, există memorie pe o parte și procesare pe de altă parte, iar datele sunt amestecate înapoi între cele două, ceea ce necesită atât energie, cât și timp.” O posibilă soluție la problema memoriei ineficiente a computerului este un nou tip de tehnologie cunoscut sub numele de memorie rezistivă cu comutare. Dispozitivele de memorie convenționale sunt capabile de două stări: una sau zero. Cu toate acestea, un dispozitiv de memorie cu comutare rezistiv funcțional ar fi capabil să aibă o gamă continuă de stări - dispozitivele de memorie de computer bazate pe acest principiu ar fi capabile de densitate și viteză mult mai mare. „Un stick USB obișnuit bazat pe o rază continuă ar fi capabil să dețină între zece și 100 de ori mai multe informații, de exemplu”, a spus Hellenbrand. Hellenbrand și colegii săi au dezvoltat un dispozitiv prototip bazat pe oxid de hafniu, un material izolator care este deja folosit în industria semiconductoarelor. Problema cu utilizarea acestui material pentru aplicații de memorie cu comutare rezistivă este cunoscută ca problema uniformității. La nivel atomic, oxidul de hafniu nu are nicio structură, atomii de hafniu și oxigen fiind amestecați aleatoriu, ceea ce îl face dificil de utilizat pentru aplicații de memorie. Totuși, cercetătorii au descoperit că, prin adăugarea de bariu în peliculele subțiri de oxid de hafniu, în materialul compozit au început să se formeze niște structuri neobișnuite, perpendicular pe planul oxidului de hafniu. Aceste „punți” verticale bogate în bariu sunt foarte structurate și permit electronilor să treacă, în timp ce oxidul de hafniu din jur rămâne nestructurat. În punctul în care aceste punți se întâlnesc cu contactele dispozitivului, a fost creată o barieră energetică, pe care electronii o pot traversa. Cercetătorii au reușit să controleze înălțimea acestei bariere, care, la rândul său, modifică rezistența electrică a materialului compozit. „Acest lucru permite să existe mai multe stări în material, spre deosebire de memoria convențională care are doar două stări”, a spus Hellenbrand. Spre deosebire de alte materiale compozite, care necesită metode scumpe de fabricație la temperatură înaltă, aceste compozite cu oxid de hafniu se autoasambla la temperaturi scăzute. Materialul compozit a arătat niveluri ridicate de performanță și uniformitate, făcându-le foarte promițătoare pentru aplicațiile de memorie de generația următoare. Un brevet pentru această tehnologie a fost depus de Cambridge Enterprise, filiala de comercializare a Universității. „Ceea ce este cu adevărat interesant la aceste materiale este că pot funcționa ca o sinapsă în creier: pot stoca și procesa informații în același loc, așa cum poate creierul nostru, făcându-le foarte promițătoare pentru domeniile în creștere rapidă AI și învățare automată”, a spus. Hellenbrand. Cercetătorii lucrează acum cu industria pentru a efectua studii de fezabilitate mai ample asupra materialelor, pentru a înțelege mai clar cum se formează structurile de înaltă performanță.