新型计算机内存可以大大减少能源使用并提高性能

24年2023月XNUMX日（Nanowerk新闻研究人员开发了一种新的计算机内存设计，既可以大大提高性能，又可以降低互联网和通信技术的能源需求，预计这些技术将在未来十年内消耗全球近三分之一的电力。 由剑桥大学领导的研究人员开发了一种以与人脑突触类似的方式处理数据的设备。 这些器件基于氧化铪（一种已用于半导体行业的材料）和微型自组装势垒，可以升高或降低以允许电子通过。 这种改变计算机存储设备电阻并允许信息处理和存储器存在于同一位置的方法可能会导致密度更大、性能更高和能耗更低的计算机存储设备的发展。 结果发表在期刊上 科学进展 (“非晶氧化铪纳米复合材料的薄膜设计可实现强大的界面电阻切换均匀性”). 我们的世界对数据的渴求导致了能源需求的激增，使得减少碳排放变得更加困难。 未来几年内，人工智能、互联网使用、算法和其他数据驱动技术预计将消耗全球 30% 以上的电力。 “在很大程度上，能源需求的爆炸式增长是由于当前计算机存储技术的缺陷造成的，”剑桥大学材料科学与冶金系的第一作者马库斯·海伦布兰德博士说。 “在传统计算中，一侧有内存，另一侧有处理，数据在两者之间重新洗牌，这既需要能量又需要时间。” 解决计算机内存效率低下问题的一个潜在解决方案是一种称为电阻开关内存的新型技术。 传统的存储设备具有两种状态：一或零。 然而，功能正常的电阻开关存储器件将能够具有连续的状态范围——基于此原理的计算机存储器件将能够具有更高的密度和速度。 Hellenbrand 表示：“例如，基于连续范围的典型 USB 记忆棒能够容纳十到 100 倍的信息。” 海伦布兰德和他的同事开发了一种基于氧化铪的原型设备，氧化铪是一种已经用于半导体行业的绝缘材料。 使用这种材料进行电阻开关存储器应用的问题被称为均匀性问题。 在原子水平上，氧化铪没有结构，铪和氧原子随机混合，这使得它用于存储器应用具有挑战性。 然而，研究人员发现，通过在氧化铪薄膜中添加钡，复合材料中开始形成一些垂直于氧化铪平面的不寻常结构。 这些垂直的富钡“桥”具有高度结构化，允许电子通过，而周围的氧化铪保持非结构化。 在这些桥与器件触点相交的地方，形成了电子可以穿过的能量势垒。 研究人员能够控制该势垒的高度，从而改变复合材料的电阻。 海伦布兰德说：“这允许材料中存在多种状态，这与只有两种状态的传统存储器不同。” 与其他需要昂贵的高温制造方法的复合材料不同，这些氧化铪复合材料可以在低温下自组装。 该复合材料表现出高水平的性能和均匀性，使其在下一代内存应用中极具前景。 该大学的商业化部门剑桥企业公司已申请了该技术的专利。 “这些材料真正令人兴奋的是它们可以像大脑中的突触一样工作：它们可以在同一个地方存储和处理信息，就像我们的大脑一样，这使得它们在快速发展的人工智能和机器学习领域非常有前途。”海伦布兰德. 研究人员目前正在与业界合作，对这些材料进行更大规模的可行性研究，以便更清楚地了解高性能结构是如何形成的。

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• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63228.php