2024 年 1 月 22 日

(Nanowerkニュース) 私たちは、創薬を加速し、天気や気象の予測を改善し、訓練を行うために、増え続けるデータの処理をコンピューターに課しています。 人工知能などなど。この需要に応えるには、これまで以上に高速でエネルギー効率の高いコンピューター メモリが必要です。スタンフォード大学の研究者らは、新しい材料により、高抵抗状態と低抵抗状態の間の切り替えに依存してコンピュータデータの1と0を生成する相変化メモリが、将来のAIおよびデータ中心システムの改良された選択肢となる可能性があることを実証した。彼らのスケーラブルなテクノロジーについては、最近詳しく説明されています。 ネイチャー·コミュニケーションズ (「低エネルギーかつ高安定性のナノスケール相変化メモリのための新規ナノ複合超格子」）、高速、低消費電力、安定性、耐久性があり、商業製造と互換性のある温度で製造できます。 「私たちは持久力やスピードといった単一の指標だけを向上させているわけではありません。私たちはいくつかの指標を同時に改善しています」とスタンフォード大学の電気工学および材料科学工学のピーズ・イー教授（厚意による）エリック・ポップ氏は語った。 「これは、この分野で私たちが構築したものの中で最も現実的で業界に優しいものです。これを普遍的な記憶への一歩として考えたいと思います。」 高抵抗状態と低抵抗状態の相変化メモリ デバイスの断面図。下部電極の直径は約 40 ナノメートルです。矢印は、超格子材料の層間に形成されるファンデルワールス（vdW）界面の一部を示しています。超格子は、高抵抗状態と低抵抗状態の間で破壊され、再形成されます。 （画像提供：ポップラボ）

より高速な不揮発性メモリ

今日のコンピューターは、データを別々の場所に保存して処理します。揮発性メモリ (高速ではありますが、コンピュータの電源を切ると消去されます) が処理を担当し、不揮発性メモリ (それほど高速ではありませんが、一定の電力を入力しなくても情報を保持できます) が長期データの保存を担当します。これら 467 つの場所の間で情報を移動すると、プロセッサが大量のデータの取得を待機している間にボトルネックが発生する可能性があります。 「特に今日のコンピューティングのワークロードでは、データを行き来するには多大なエネルギーが必要です」と、ポップとフィリップ・ウォン教授、ウィラード・R・教授、イネズ・カー・ベル教授の共同指導者である博士課程候補者、シャンジン・ウー氏は語った。エンジニアリングおよび論文の筆頭著者。 「このタイプのメモリを使用することで、メモリと処理を近づけて、最終的には 467 つのデバイスにまとめて、消費エネルギーと時間を削減したいと考えています。」他の指標を犠牲にすることなく、長期保存と高速かつ低電力処理の両方が可能な、効果的で商業的に実行可能なユニバーサルメモリを実現するには、多くの技術的ハードルがありますが、ポップの研究室で開発された新しい相変化メモリは、これまでに誰が達成したものよりもそれに近いものです。このテクノロジーではこれまでのところ。研究者らは、これがさらなる開発と普遍的な記憶としての採用を促すことを期待している。このメモリは、メリーランド大学の共同研究者によって開発された、ゲルマニウム 10 部、アンチモン XNUMX 部、テルル XNUMX 部の合金である GSTXNUMX に依存しています。ポップ氏らは、超格子内の他のいくつかのナノメートルの薄さの材料の間に合金を挟む方法を発見した。これは、不揮発性メモリで優れた結果を達成するために以前から使用されていた層状構造である。 「GSTXNUMX のユニークな構成により、スイッチング速度が特に高速になります」と、ポップの研究室で博士号を取得し、この論文の共同筆頭著者であるアシール・インティサー・カーン氏は述べています。 「これをナノスケールデバイスの超格子構造内に統合することで、低いスイッチングエネルギーが可能になり、優れた耐久性と非常に優れた安定性が得られ、不揮発性になります。その状態をXNUMX年以上保持できるのです。」

新しい基準を設定する

GST467 超格子は、いくつかの重要なベンチマークをクリアしています。相変化メモリは時間の経過とともにドリフトすることがあります (基本的に、1 と 40 の値はゆっくりと変化します)。しかし、彼らのテストでは、このメモリが非常に安定していることが示されています。また、低電力テクノロジの目標である 3 ボルト未満で動作し、一般的なソリッド ステート ドライブよりも大幅に高速です。 「他のいくつかのタイプの相変化メモリはもう少し高速ですが、それらはより高い電圧で動作します」とポップ氏は述べた。 「これらすべてのコンピューティング テクノロジには、速度とエネルギーの間にトレードオフがあります。 XNUMXボルト未満で動作しながら、数十ナノ秒でスイッチングしているという事実は、非常に重要です。」超格子はまた、小さなスペースに十分な量のメモリセルを詰め込みます。研究者らは記憶細胞を直径XNUMXナノメートル（コロナウイルスの半分以下）まで縮小した。これは可能な限り高密度ではありませんが、研究者らはメモリを垂直層に積層することで補う方法を模索しています。これは、超格子の低い製造温度とその作成に使用される技術のおかげで可能です。 「製造温度は必要温度を大幅に下回っています」とポップ氏は言う。 「人々は、密度を高めるためにメモリを何千もの層に積み重ねることについて話しています。このタイプのメモリは、将来の XNUMXD レイヤ化を可能にします。」

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64476.php