Nanotason lämmön kesyttäminen muistirakenteessa

Tekoälyn ongelman ytimessä on tietokoneen muisti, joka kamppailee suurten datamäärien kanssa kuluttamatta liikaa energiaa.

Faasimuutosmuisti on pitkään ollut lupaava perillinen perinteisille piisiruille. Se tallentaa bittejä muokkaamalla nopeasti pieniä materiaalitaskuja järjestyneen, johtavan kiteen ja epäjärjestyneen, eristävän lasin välillä.

Useiden informaatiobittien pakkaaminen näihin mikroskooppisiin soluihin on kuitenkin osoittautunut vaikeaksi. Muistin nollaamiseen tarvittavat voimakkaat lämpöpurkaukset yleensä räjäyttävät atomeja pois paikaltaan, mikä aiheuttaa materiaalin hajoamista ja tallennetun datan ajautumista pois linjauksesta ajan myötä.

Korean yliopiston professori Tae Geun Kim työtovereineen on purkanut tämän pitkäaikaisen esteen oppimalla muokkaamaan lämpöä nanometrin ohuen materiaalikerroksen sisään.

Julkaistussa tutkimuksessaan tiimi suunnitteli "kaksoisrajoitetun" rakenteen, jossa antimonitelluridi (Sb2Te3) vuorottelee kahden erillisen apuyhdisteen: erittäin johtavan nikkeliditelluridin (NiTe2) ja lämpöä estävän molybdeeniditelluridin (MoTe2) kanssa.

Sen sijaan, että lämpö täyttäisi koko kennon kerralla, tämä rakenne toimii kuin kaksivaiheinen lämpöpato. Hellävarainen jännitepulssilämpö rajoittuu lämpöesteen alapuolelle johtavuusalueelle, sulattaen pienen ja suljetun materiaalitaskun ja kirjoittaen ensimmäisen erillisen datatilan. Kun jännitettä nostetaan hieman, lämpöenergia nousee molybdeeniesteen yli ylempään kammioon sulattaen toisen alueen ja lukiten siististi toisen erillisen datatilan häiritsemättä alla olevaa perustaa.

Tämä kerrostettu geometria selvittää siististi itsepäisen kompromissin sähköisen nopeuden ja materiaalin kestävyyden välillä. Aiemmissa yrityksissä piti valita nopeasti johtavien materiaalien, joiden heikot kemialliset sidokset purkautuivat nopeasti korkeassa lämpötilassa, ja kestävien ja lämmönkestävien materiaalien välillä, joiden korkea sähköinen resistanssi vaati tehoa vaativia jännitteitä. Yhdistämällä NiTe₂:n helpon sähköisen virtauksen MoTe₂:n jäykkään ja lämpöä sirottavaan kidehilaan uusi arkkitehtuuri saavuttaa nopean kytkennän ja pitää samalla pitkän kantaman atomien diffuusion vaimennettuna.

Tuloksena olevat tehokkuuden parannukset ovat äärimmäisen merkittäviä. Kenno suorittaa monitasoisen kytkentäsiirtymänsä vain 50 nanosekunnissa ja vähentää samalla nollausenergian kulutusta jopa 76 %, 115 pJ:iin.

Tallennetun datan taipumus vaeltaa ajan myötä, laski yli kolmekymmentäkertaisesti verrattuna tavallisiin kaupallisiin faasimuutosmetalliseoksiin, minkä ansiosta muistirakenne kestää yli miljoona kirjoitussykliä ilman fyysistä vikaantumista.

Ratkaisevan tärkeää sirujen valmistajille on, että nämä ultraohuet kerrokset voidaan kerrostaa käyttämällä nykyaikaisissa puolijohdevalimoissa jo asennettuja standardeja sputterointilaitteita, jolloin kalliita puhdastilaremontteja ei tarvita.

Aiheesta aiemmin:

Uusi ehdokas yleismuistiksi

Kiraalinen fotoninen rakenne ja muisti