Фазова зміна комп’ютерної пам'яті може передвіщати оперативну пам'ять наступного покоління

Це моделювання показує, як кристалічні ядра розширюються всього за 600 пікосекунд, перетворюючи матеріал, що змінює фазу, із стану, схожого на скло, у кристалічний.

F. Rao та ін. / Наука

Фазова зміна комп’ютерної пам'яті може передвіщати оперативну пам'ять наступного покоління

Автор Роберт Ф. СервісНов. 14, 2017, 11:54

Виробники комп’ютерів завжди шукають наступну найкращу технологію, і завдяки вражаючому трохи матеріалознавства, скоро використана форма пам'яті з випадковим доступом (ОЗП) може скоро перейняти нутрощі вашого персонального комп'ютера. Це тому, що нещодавно науковці в Китаї знайшли спосіб пришвидшити - більш ніж в 10 разів - так звану фазову пам'ять з випадковим доступом (PCRAM), яка може утримувати інформацію навіть тоді, коли живлення комп'ютера вимкнено.

Десятиліттями комп’ютери ставали все менше, швидше і дешевше. Але в останні роки розвиток технологій пам'яті сповільнився, що спонукало дослідників розглянути альтернативи. Придуманий у 1960-х роках, PCRAM завжди був перспективним кандидатом в оперативну пам’ять - перезаписуваний подряпин, який використовує центральний процесор комп'ютера, роблячи свої розрахунки. Але це було набагато повільніше, ніж у більшості поширених форм ОЗУ - включаючи статичну ОЗУ (SRAM) та динамічну ОЗУ (DRAM) - яка може зберігати інформацію лише тимчасово.

Щоб слугувати пам'яттю комп’ютера, gizmo повинна бути здатною вірно записувати або 0, або 1. PCRAM робить це шляхом перемикання між двома станами (отже, ім'я фазової зміни): впорядкований кристалічний порядок, що дозволяє легко протікати електроенергія та склоподібна змішання атомів, що робить навпаки. PCRAM записує одне число, коли воно в кристалічному стані з високою провідністю, і інше, коли воно в стані низької провідності скла. Відправлення відносно великого струму через матеріал нагріває біт і змінює його стан, записуючи або переписуючи дані.

Проблема полягала в тому, що найпоширеніший матеріал для зміни фази - сплав германію, сурми та телуру, відомий як GST, може бути нерівномірним виконавцем, іноді перемикаючись з аморфного на кристалічний за 10 наносекунд, що так само швидко, як DRAM в комп’ютерах сьогодні. В інший час для запису бітів даних може знадобитися сотні наносекунд, що занадто повільно, щоб бути конкурентоспроможним. Однак тепер Фен Рао, науковець з матеріалів Китайської академії наук, Шанхайський інститут мікросистеми та інформаційних технологій, та його колеги знайшли спосіб записати всі біти PCRAM швидко, зробивши це швидше, ніж більшість альтернатив, включаючи NAND flash один з інших видів пам'яті, який здатний зберігати інформацію, відсутню джерело живлення.

Майже десятиліття тому дослідники, що працюють над GST, зрозуміли, що навіть у своєму аморфному стані матеріал, що змінює фазу, може містити кристалічні попередники, кубічні розташування атомів, які можуть виконувати роль ядер для переходу на повноцінний кристал. Отже, команда Rao s проводила систематичні комп'ютерні обчислення, щоб побачити, чи додавання різних атомів металу до суміші GST допоможе стабілізувати ядра при підвищених температурах, що мають місце під час переключення фаз.

Ці симуляції, каже Рао, показали, що scandium є ключовим. підвищують його температуру до 600 К, що сприяє швидкому переключенню між аморфною та кристалічною фазами. І коли дослідники синтезували свій новий матеріал для зміни фаз, вони виявили, що ядра послідовно змушують матеріал перемикатися між двома станами менш ніж за 1 наносекунд, про це повідомляють на цьому тижні в Science.

Hongsik Jeong, експерт PCRAM в університеті Цінхуа в Пекіні, каже, що новий приріст швидкості - це найбільше ідеальне значення для засобів масової інформації класів зберігання. Насправді, навіть без підвищення швидкості, PCRAM тільки почали використовувати на деяких серверах центрів обробки даних Таким чином, суп-ап версія може незабаром розширити сферу своєї діяльності. Однак, додає Єонг, більш швидка PCRAM повинна все-таки довести, що її можна збільшити, витримати високі температури, що виявляються в стандартних умовах виготовлення мікросхем, і все-таки бути в змозі переписати біти даних у багато трильйонів разів, щоб відповідати DRAM s виконання. Якщо PCRAM зможе пройти ці перешкоди, тенденція до менших, швидших, дешевших комп'ютерів, швидше за все, буде продовжуватися і в майбутньому.