Loại bộ nhớ máy tính mới có thể giảm đáng kể việc sử dụng năng lượng và cải thiện hiệu suất

Ngày 24 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết kế mới cho bộ nhớ máy tính vừa có thể cải thiện đáng kể hiệu suất vừa giảm nhu cầu năng lượng của các công nghệ truyền thông và internet, được dự đoán sẽ tiêu thụ gần một phần ba lượng điện năng toàn cầu trong vòng mười năm tới. Các nhà nghiên cứu do Đại học Cambridge đứng đầu đã phát triển một thiết bị xử lý dữ liệu theo cách tương tự như các khớp thần kinh trong não người. Các thiết bị này dựa trên oxit hafnium, một vật liệu đã được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn và các rào cản nhỏ tự lắp ráp, có thể nâng lên hoặc hạ xuống để cho phép các electron đi qua. Phương pháp thay đổi điện trở này trong các thiết bị bộ nhớ máy tính và cho phép quá trình xử lý thông tin và bộ nhớ tồn tại ở cùng một vị trí, có thể dẫn đến sự phát triển của các thiết bị bộ nhớ máy tính với mật độ lớn hơn nhiều, hiệu suất cao hơn và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn. Kết quả được báo cáo trên tạp chí Những tiến bộ khoa học (“Thiết kế màng mỏng của vật liệu tổng hợp nano oxit hafnium vô định hình cho phép chuyển mạch điện trở đồng nhất giữa các bề mặt mạnh mẽ”). Thế giới đói dữ liệu của chúng ta đã dẫn đến sự bùng nổ nhu cầu năng lượng, khiến việc giảm lượng khí thải carbon ngày càng khó khăn hơn. Trong vòng vài năm tới, trí tuệ nhân tạo, sử dụng internet, thuật toán và các công nghệ dựa trên dữ liệu khác dự kiến ​​sẽ tiêu thụ hơn 30% điện năng toàn cầu. Tác giả đầu tiên, Tiến sĩ Markus Hellenbrand, từ Khoa Khoa học Vật liệu và Luyện kim của Cambridge, cho biết: “Ở một mức độ lớn, sự bùng nổ về nhu cầu năng lượng này là do sự thiếu sót của các công nghệ bộ nhớ máy tính hiện tại. “Trong điện toán thông thường, có bộ nhớ ở một bên và xử lý ở bên kia, và dữ liệu được xáo trộn trở lại giữa hai bên, điều này tiêu tốn cả năng lượng và thời gian.” Một giải pháp tiềm năng cho vấn đề bộ nhớ máy tính kém hiệu quả là một loại công nghệ mới được gọi là bộ nhớ chuyển mạch điện trở. Các thiết bị bộ nhớ thông thường có khả năng ở hai trạng thái: một hoặc không. Tuy nhiên, một thiết bị bộ nhớ chuyển mạch điện trở đang hoạt động sẽ có khả năng duy trì một dải trạng thái liên tục – các thiết bị bộ nhớ máy tính dựa trên nguyên tắc này sẽ có khả năng có mật độ và tốc độ lớn hơn nhiều. Hellenbrand cho biết: “Ví dụ, một thanh USB thông thường dựa trên phạm vi liên tục sẽ có thể chứa thông tin nhiều hơn từ 100 đến XNUMX lần. Hellenbrand và các đồng nghiệp của ông đã phát triển một thiết bị nguyên mẫu dựa trên hafni oxit, một vật liệu cách điện đã được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn. Vấn đề với việc sử dụng vật liệu này cho các ứng dụng bộ nhớ chuyển đổi điện trở được gọi là vấn đề về tính đồng nhất. Ở cấp độ nguyên tử, hafnium oxit không có cấu trúc, với các nguyên tử hafni và oxy được trộn lẫn một cách ngẫu nhiên, khiến nó trở nên khó sử dụng cho các ứng dụng bộ nhớ. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bằng cách thêm bari vào các màng oxit hafnium mỏng, một số cấu trúc bất thường bắt đầu hình thành, vuông góc với mặt phẳng hafnium oxit, trong vật liệu composite. Những 'cây cầu' giàu bari thẳng đứng này có cấu trúc cao và cho phép các electron đi qua, trong khi oxit hafnium xung quanh vẫn không có cấu trúc. Tại điểm mà những cây cầu này gặp các điểm tiếp xúc của thiết bị, một hàng rào năng lượng đã được tạo ra để các electron có thể vượt qua. Các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát chiều cao của hàng rào này, từ đó thay đổi điện trở của vật liệu composite. Hellenbrand cho biết: “Điều này cho phép nhiều trạng thái tồn tại trong vật liệu, không giống như bộ nhớ thông thường chỉ có hai trạng thái. Không giống như các vật liệu composite khác, đòi hỏi các phương pháp sản xuất ở nhiệt độ cao đắt tiền, các vật liệu tổng hợp oxit hafnium này tự lắp ráp ở nhiệt độ thấp. Vật liệu composite cho thấy hiệu suất cao và tính đồng nhất, làm cho chúng có triển vọng cao cho các ứng dụng bộ nhớ thế hệ tiếp theo. Bằng sáng chế về công nghệ này đã được nộp bởi Cambridge Enterprise, chi nhánh thương mại hóa của trường Đại học. “Điều thực sự thú vị về những vật liệu này là chúng có thể hoạt động giống như một khớp thần kinh trong não: chúng có thể lưu trữ và xử lý thông tin ở cùng một nơi, giống như bộ não của chúng ta, khiến chúng có triển vọng cao cho lĩnh vực trí tuệ nhân tạo và máy học đang phát triển nhanh chóng,” cho biết Hellenbrand. Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc với ngành công nghiệp để thực hiện các nghiên cứu khả thi lớn hơn về vật liệu, nhằm hiểu rõ hơn về cách thức hình thành các cấu trúc hiệu suất cao.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Ô tô / Xe điện, Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• BlockOffsets. Hiện đại hóa quyền sở hữu bù đắp môi trường. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63228.php