Naučnici su razvili uređaj zasnovan na hafnijum oksidu koji obrađuje podatke na sličan način kao sinapse u ljudskom mozgu i koji bi mogao dovesti do razvoja računarskih memorijskih uređaja sa mnogo većom gustinom, većim performansama i manjom potrošnjom energije
Uređaj je zasnovan na hafnijum oksidu, materijalu koji se već koristi u industriji poluprovodnika, i sićušnim barijerama koje se sami sastavljaju i koje se mogu podizati ili spuštati kako bi se propuštali elektroni.
Ovaj metod promjene električnog otpora u računarskih memorijskim uređajima, koji omogućava da obrada informacija i memorija postoje na istom mjestu, mogao bi da dovede do razvoja računarskih memorijskih uređaja sa mnogo većom gustinom, većim performansama i manjom potrošnjom energije.
Naš svijet gladan podataka doveo je do povećanja potražnje za energijom, što otežava smanjenje emisije ugljenika. Očekuje se da će u narednih nekoliko godina vještačka inteligencija, korišćenje interneta, algoritmi i druge tehnologije zasnovane na podacima trošiti više od 30% globalne električne energije.
„U velikoj mjeri, ova eksplozija energetskih potreba uzrokovana je nedostacima trenutnih tehnologija računarske memorije“, rekao je prvi autor dr. Markus Hellenbrand, sa Kembridžovog odjeljenja za nauku o materijalima i metalurgiju. „U konvencionalnom računarstvu, na jednoj strani je memorija, a na drugoj obrada, a podaci se miješaju napred-nazad između njih, što troši i energiju i vrijeme.“
Otporna komutirajuća memorija
Jedno potencijalno rješenje za problem neefikasne računarske memorije je nova vrsta tehnologije poznata kao otporna komutirajuća memorija. Konvencionalni memorijski uređaji mogu imati dva stanja: jedan (1) ili nula (0). Međutim, funkcionalni otporni komutacioni memorijski uređaj bi bio sposoban za kontinuirani opseg stanja, računarski memorijski uređaji zasnovani na ovom principu bi bili sposobni za mnogo veću gustinu i brzinu.
„Tipičan USB stick zasnovan na neprekidnom dometu može da sadrži između deset i 100 puta više informacija, na primjer“, rekao je Helenbrand.
Istraživači su otkrili da su dodavanjem barijuma u tanke slojeve hafnijum oksida u kompozitnom materijalu počele da se formiraju neke neobične strukture, okomite na ravan hafnijum oksida.
Ovi vertikalni mostovi bogati barijumom su visoko strukturirani i omogućavaju prolazak elektrona, dok okolni hafnijum oksid ostaje nestrukturiran. Tamo gdje se ovi mostovi susreću sa kontaktima uređaja, stvara se energetska barijera koju elektroni mogu da pređu. Istraživači su uspjeli da kontrolišu visinu barijere, što zauzvrat mijenja električni otpor kompozitnog materijala.
„Ovo omogućava postojanje više stanja u materijalu, za razliku od konvencionalne memorije koja ima samo dva stanja“, rekao je Helenbrand.
Za razliku od drugih kompozitnih materijala, koji zahtijevaju skupe metode proizvodnje na visokim temperaturama, ovi kompoziti od hafnijum oksida se sami sklapaju na niskim temperaturama. Kompozitni materijal je pokazao visok nivo performansi i uniformnosti, što ga čini veoma obećavajućim za memorijske aplikacije sledeće generacije.
„Ono što je zaista uzbudljivo u vezi sa ovim materijalima je to što mogu da rade kao sinapsa u mozgu: mogu da skladište i obrađuju informacije na istom mjestu kao i naš mozak, što ih čini veoma obećavajućim za brzo rastuća polja vještačke inteligencije i mašinskog učenja. “, dodaje Helenbrand.
Istraživači sada rade sa industrijom kako bi sproveli veće studije izvodljivosti o materijalima, kako bi bolje razumjeli kako se stvaraju strukture visokih performansi. Pošto je hafnijum oksid materijal koji se već koristi u industriji poluprovodnika, istraživači kažu da ne bi bilo teško integrisati ga u postojeće proizvodne procese.
Istraživanje objavljeno u časopisu Science Advances možete pronaći na ovom linku.
(IT mixer)
