Prototip memorije odbacuje 1 i 0 radi gušće pohrane podataka

Istraživači, predvođeni Sveučilištem u Cambridgeu, razvili su uređaj koji obrađuje podatke na sličan način kao sinapse u ljudskom mozgu. Uređaji se temelje na hafnijevom oksidu, materijalu koji se već koristi u industriji poluvodiča i sićušnim samosastavljenim barijerama, koje se mogu podići ili spustiti kako bi elektroni mogli proći.

Ova metoda mijenjanja električnog otpora u računalnim memorijskim uređajima koja omogućavanje obrade informacija i memorije da postoje na istom mjestu, mogla bi dovesti do razvoja računalnih memorijskih uređaja s daleko većom gustoćom, većim performansama i manjom potrošnjom energije.

Naš svijet gladan podataka doveo je do povećanja potražnje za energijom, zbog čega je još teže smanjiti emisije ugljika. U sljedećih nekoliko godina očekuje se da će umjetna inteligencija, korištenje interneta, algoritmi i druge tehnologije koje se temelje na podacima trošiti više od 30% globalne električne energije. 

"U velikoj mjeri, ova eksplozija u energetskim zahtjevima uzrokovana je nedostacima trenutnih tehnologija računalne memorije", rekao je prvi autor dr. Markus Hellenbrand, s Cambridgeovog Odjela za znanost o materijalima i metalurgiju. "U konvencionalnom računalstvu postoji memorija s jedne strane i obrada s druge strane, a podaci se miješaju natrag između to dvoje, što oduzima i energiju i vrijeme."

Jedno potencijalno rješenje za problem neučinkovite računalne memorije je nova vrsta tehnologije poznata kao rezistivna preklopna memorija. Konvencionalni memorijski uređaji mogu imati dva stanja: jedan (1) ili nula (0). Međutim, funkcionalni rezistivni sklopni memorijski uređaj bio bi sposoban za kontinuirani raspon stanja, računalni memorijski uređaji temeljeni na ovom principu bili bi sposobni za daleko veću gustoću i brzinu.

"Tipični USB stick temeljen na kontinuiranom dometu mogao bi sadržavati između deset i 100 puta više informacija, na primjer", rekao je Hellenbrand.

Istraživači su otkrili da su se dodavanjem barija u tanke slojeve hafnijevog oksida počele formirati neke neobične strukture, okomite na ravninu hafnijevog oksida, u kompozitnom materijalu.

Ovi vertikalni 'mostovi' bogati barijem visoko su strukturirani i omogućuju prolaz elektronima, dok okolni hafnijev oksid ostaje nestrukturiran. Na mjestu gdje se ti mostovi susreću s kontaktima uređaja, stvorena je energetska barijera koju elektroni mogu prijeći. Istraživači su mogli kontrolirati visinu ove barijere, koja zauzvrat mijenja električni otpor kompozitnog materijala.

"Ovo omogućuje postojanje višestrukih stanja u materijalu, za razliku od konvencionalne memorije koja ima samo dva stanja", rekao je Hellenbrand.

Za razliku od drugih kompozitnih materijala, koji zahtijevaju skupe visokotemperaturne proizvodne metode, ovi kompoziti hafnijevog oksida sami se sastavljaju na niskim temperaturama. Kompozitni materijal pokazao je visoku razinu performansi i uniformnosti, što ga čini vrlo obećavajućim za sljedeće generacije memorijskih aplikacija.

"Ono što je stvarno uzbudljivo kod ovih materijala jest da mogu raditi poput sinapse u mozgu: mogu pohranjivati ​​i obrađivati ​​informacije na istom mjestu, kao što to mogu naši mozgovi, što ih čini vrlo obećavajućim za brzo rastuća područja umjetne inteligencije i strojnog učenja", dodaje Hellenbrand.

Istraživači sada surađuju s industrijom na provedbi većih studija izvedivosti o materijalima, kako bi jasnije razumjeli kako nastaju strukture visokih performansi. Budući da je hafnijev oksid materijal koji se već koristi u industriji poluvodiča, istraživači kažu da ga ne bi bilo teško integrirati u postojeće proizvodne procese.

Istraživanje objavljeno u časopisu Science Advances možete pronaći na ovoj poveznici.