Вчені зробили значний крок у розробці “універсальної пам’яті”, нового типу пам’яті, який може значно прискорити роботу комп’ютерів. Дослідження, опубліковане в журналі Nature, описує нову технологію, яка може використовуватися для створення пам’яті, що є одночасно швидкою, ємною та енергоефективною.
“Це дійсно революційний прорив”, – говорять дослідники. “Ця нова технологія має потенціал повністю змінити те, як ми будуємо та використовуємо комп’ютери”.
Новий матеріал під назвою «GST467», який містить германій, сурму та тербій, використовувався як один повторюваний шар у складеній шаровій структурі, відомій як суперрешітка, і міг прокласти шлях для універсальної пам’яті. Він також може бути швидшим, дешевшим і менш енергоємним, заявили вчені в дослідженні, опублікованому 22 січня в журналі Nature.
Універсальна пам’ять
Традиційна комп’ютерна пам’ять поділяється на два типи: динамічна оперативна пам’ять (DRAM) і флеш-пам’ять. DRAM швидка, але летюча, а флеш-пам’ять ємна, але повільна. Універсальна пам’ять прагне об’єднати переваги обох типів пам’яті, пропонуючи швидкість DRAM та ємність флеш-пам’яті.
Нова технологія
Нова технологіявикористовує новий тип матеріалу, який може змінювати свій електричний опір у залежності від прикладеної до нього напруги. Цей матеріал може використовуватися для створення пам’ятних осередків, які можуть зберігати дані протягом тривалого часу, але також можуть бути швидко зчитані та записані.
Згідно з дослідженням, новий прототип є формою пам’яті зі зміною фази (PCM), яка створює одиниці та нулі комп’ютерних даних, коли він перемикається між станами високого та низького опору на склоподібному матеріалі. Коли матеріал у PCM кристалізується — представляючи «один» — він вивільняє велику кількість енергії та має низький опір. Він має високий опір і поглинає таку саму кількість енергії, коли плавиться, тобто «нуль».
За словами дослідників, GST467 є ідеальним кандидатом для використання в PCM, оскільки він забезпечує більш високу кристалізацію та нижчу температуру плавлення, ніж інші альтернативи, які також виготовлені з сурми, тербію та германію, але в інших співвідношеннях і кристалічних структурах.
У новому дослідженні команда розробила та випробувала сотні пристроїв робочої пам’яті різних розмірів, які включали GST467 як один шар у стек змішаних шарів різного складу. Потім вони провели масштабні електричні вимірювання та порівняльні тести, щоб побачити, як працює матеріал.
Дослідники виявили, що пристрої пам’яті GST467 досягли високої швидкості, споживаючи при цьому дуже мало енергії — при цьому тепло обмежувалося матеріалом. Вони також повідомили, що теоретично він може зберігати дані більше 10 років — навіть при температурі вище 248 градусів за Фаренгейтом (120 градусів за Цельсієм). За словами вчених, це «виходить за рамки фундаментального компромісу для технології PCM» і забезпечує «вищу продуктивність пристрою».
Нове дослідження демонструє потенційний кардинальний підхід до універсальної пам’яті. Одним із найкращих альтернативних варіантів універсальної пам’яті є ULTRARAM — технологія, заснована на дослідницькому проекті Ланкастерського університету у Великій Британії, але цей підхід використовує інший механізм для збереження інформації: на відміну від флеш-пам’яті та оперативної пам’яті, які базуються на кремнієвому процесорі, ULTRARAM використовує напівпровідники, виготовлені з елементів III і V груп періодичної системи елементів.
Новий пристрій може бути кращим кандидатом, оскільки для роботи ULTRARAM потрібно 2,5 вольта, а для нового прототипу — 0,7 вольта, сказав Live Science співавтор Асір Хан, докторант Стенфордського університету. ULTRARAM також використовує токсичну сполуку — арсенід індію.
Хоча ULTRARAM набагато ближче до комерціалізації, автори нового дослідження стверджують, що їхній новий прототип буде легше включити в існуючі методи виготовлення напівпровідників. Це пояснюється відносно низькими температурами, необхідними для створення працездатного пристрою.
«Ключовий наступний крок — залучити галузевих партнерів, які допоможуть нам розширити це економічно ефективним способом», — сказав Live Science співавтор дослідження Ерік Поп, професор електротехніки Стенфордського університету. «Це єдиний спосіб включити його в споживчі пристрої — якщо його можна виготовити за досить низьку вартість».
Наступне покоління комп’ютерів
Універсальна пам’ять може значно прискорити роботу комп’ютерів. Це може призвести до створення нового покоління комп’ютерів, які можуть працювати значно швидше та ефективніше, ніж сучасні комп’ютери.
Подальші дослідження
Хоча дослідження є значним кроком вперед, все ще потрібно провести багато роботи, перш ніж універсальна пам’ять стане комерційною реальністю. Дослідникам потрібно розробити способи масового виробництва нового матеріалу та інтегрувати його з існуючими комп’ютерними системами.
Проте прорив у дослідженнях дає привід для оптимізму. Універсальна пам’ять має потенціал революціонізувати комп’ютерну індустрію та змінити те, як ми використовуємо комп’ютери.