Новый тип компьютерной памяти поможет сократить расходы на электроэнергию
Исследователи из Кембриджского университета разработали инновационную конструкцию компьютерной памяти, которая может значительно повысить производительность при одновременном снижении энергопотребления Интернета и коммуникационных технологий, пишет jpost.
Ожидается, что в ближайшие несколько лет искусственный интеллект , алгоритмы, использование Интернета и другие технологии, основанные на данных, будут потреблять почти треть мировой электроэнергии. Это резкое увеличение энергопотребления во многом связано с недостатками современных технологий компьютерной памяти.
Обычные запоминающие устройства способны к двум состояниям — единице или нулю. Затем данные сохраняются и обрабатываются в разных частях компьютерной системы, а это означает, что данные необходимо перемещать туда и обратно между ними, что отнимает много времени и энергии.
“В значительной степени этот скачок в потреблении энергии связан с недостатками современных технологий компьютерной памяти, — сказал доктор Маркус Хелленбранд из Кембриджского факультета материаловедения и металлургии. - В обычных вычислениях с одной стороны есть память, а с другой — обработка, и данные перетасовываются между ними, что требует как энергии, так и времени”.
Исследователи из Кембриджа экспериментировали с новым типом технологии, известной как память с резистивным переключением, которая потенциально может решить проблему неэффективной компьютерной памяти.
В отличие от обычных устройств памяти, этот новый тип памяти может поддерживать непрерывный диапазон состояний, а не ограничиваться двумя состояниями.
“Обычный USB-накопитель с непрерывным радиусом действия мог бы хранить, например, от 10 до 100 раз больше информации”, — пояснил Хелленбранд.
Исследовательская группа разработала прототип устройства на основе оксида гафния, изоляционного материала, который уже используется в полупроводниковой промышленности. Оксид гафния может быть затруднительно использовать для приложений памяти с резистивным переключением, поскольку этот материал не имеет структуры на атомарном уровне.
Однако Хелленбранд и его коллеги обнаружили, что добавление бария в смесь может решить эту дилемму.
После добавления бария он образовывал структурированные мостики между пленками оксида гафния. В месте, где эти мостики встречаются с контактами устройства, создается энергетический барьер, который позволяет электронам пересекаться.
Этот энергетический барьер можно поднять или опустить, что изменяет сопротивление композита оксида гафния и позволяет существовать множеству состояний в материале.
“Это позволяет материалу существовать в нескольких состояниях, в отличие от обычной памяти, которая имеет только два состояния, — сказал Хелленбранд. - Что действительно интересно в этих материалах, так это то, что они могут работать как синапс в мозгу: они могут хранить и обрабатывать информацию в том же месте, что и наш мозг, что делает их очень перспективными для быстро развивающихся областей искусственного интеллекта и машинного обучения”.
Исследователи надеются, что это может привести к разработке компьютерных запоминающих устройств с более высокой плотностью и производительностью, но с меньшим энергопотреблением . Поскольку оксид гафния уже широко используется в полупроводниковой промышленности, исследователи говорят, что его будет легко интегрировать в существующие производственные процессы для других технологий.
Компания Cambridge Enterprise подала заявку на патент на эту технологию, и в настоящее время исследовательская группа работает над проведением дополнительных исследований.