Создан материал, который способен значительно ускорить память компьютера

Универсальная компьютерная память, которая одновременно является сверхбыстрой и энергоэффективной, стала на шаг ближе к реальности: группа ученых из Стенфордского университета вместе с коллегами из Тайваня создала "чрезвычайно" стабильный прототип с использованием нового материала, пишет Live Science.

Материал получил название "GST467". Он содержит германий, сурьму и тербий. Его использовали в качестве одного повторяющегося слоя в слоистой структуре, известной как сверхрешётка, что может проложить путь к созданию универсальной памяти, способной заменить как кратковременные, так и долговременные устройства хранения данных. Она также может быть быстрее, дешевле и менее энергоемкой, заявили ученые в результате тестирования.

Сегодня компьютеры используют краткосрочную память, например память с произвольным доступом (RAM), и долгосрочную флэш-память, например твердотельные накопители (SSD) или жесткие диски, для разных целей. Оперативная память работает быстро, но требует значительного физического пространства и постоянного электропитания, а значит, ее данные исчезают после выключения компьютера. Флэш-память, напротив, сохраняет данные без необходимости питания и гораздо плотнее, но она медленнее, чем оперативная память, передает сохраненные данные процессору.

Еще предстоит преодолеть несколько технических препятствий, прежде чем универсальная память, сочетающая в себе скорость оперативной памяти и долговременную память флэш-памяти, станет коммерчески жизнеспособной. Но ученые уже близки к этому.

Прототип представляет собой разновидность памяти с изменением фазового состояния (Phase-change memory, PCM), которая создает единицы и нули компьютерных данных при переключении между высоко- и низкоомными состояниями материала, похожего на стекло. Когда материал в PCM кристаллизуется, представляя собой "единицу", он высвобождает большое количество энергии и имеет низкое сопротивление. Когда он плавится, то имеет высокое сопротивление и поглощает такое же количество энергии, что означает "ноль".

По мнению исследователей, GST467 является идеальным кандидатом для использования в PCM, поскольку он обеспечивает более высокую температуру кристаллизации и более низкую температуру плавления, чем другие альтернативы, которые также изготавливаются из сурьмы, тербия и германия, но в различных соотношениях и кристаллических структурах. 

В новом исследовании команда разработала и протестировала сотни устройств рабочей памяти разных размеров, в которых GST467 использовался в качестве одного из слоев. Затем они провели электрические измерения и сравнительные тесты, чтобы определить, как работает материал.

Устройства памяти на основе GST467 достигли высокой скорости работы, потребляя при этом очень мало энергии. Ученые также сообщили, что теоретически этот материал может сохранять данные более 10 лет – даже при температуре выше 120 градусов по Цельсию. 

Материал улучшает не только один показатель, например, выносливость или скорость, а сразу несколько.

Одним из лучших альтернативных кандидатов на универсальную память является ULTRARAM - технология, основанная на исследовательском проекте, разработанном в Ланкастерском университете в Великобритании: в отличие от флэш-памяти и оперативной памяти, которые основаны на кремнии, в ULTRARAM используются полупроводники, изготовленные из элементов III и V групп в периодической таблице элементов.

Для работы ULTRARAM требуется 2.5 вольта, в то время как новому прототипу нужно 0.7 вольта, рассказал соавтор исследования Асир Хан, докторант из Стэнфорда. В ULTRARAM также используется токсичное соединение – арсенид индия. 

Хотя ULTRARAM гораздо ближе к выходу на рынок, авторы нового исследования утверждают, что их прототип будет легче внедрить в существующие методы производства полупроводников. Это связано с относительно низкими температурами, необходимыми для создания рабочего устройства. 

Напомним, на данный момент самыми мощными вычислительными устройствами в мире являются такие суперкомпьютеры: Frontier разработки США, японский Fugaku и финский LUMI.