Стэнфордское открытие может проложить путь к сверхбыстрым и энергоэффективным вычислениям |
||
МЕНЮ Главная страница Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту Архив новостей ТЕМЫ Новости ИИ Голосовой помощник Разработка ИИГородские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Искусственный интеллект Слежка за людьми Угроза ИИ ИИ теория Внедрение ИИКомпьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Психология ИИ Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Big data Работа разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика
Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Творчество ИИ Техническое зрение Чат-боты Авторизация |
2021-09-18 16:58 Инженеры Стэнфордского университета преодолели ключевое препятствие, ограничивавшее широкое распространение памяти с фазовым переходом. Результаты опубликованы 10 сентября в журнале Science, пишет eurekalert.org. Ученые потратили десятилетия на поиск более быстрых и энергоэффективных технологий памяти для всего, от крупных центров обработки данных до мобильных датчиков и другой гибкой электроники. Среди наиболее многообещающих технологий хранения данных - память с фазовым переходом, которая в тысячи раз быстрее обычных жестких дисков, но потребляет много электроэнергии. Теперь инженеры Стэнфордского университета преодолели ключевое препятствие, ограничивавшее широкое распространение памяти с фазовым переходом. «Люди давно ожидали, что память с фазовым переходом заменит большую часть памяти в наших телефонах и ноутбуках, - сказал Эрик Поп, профессор электротехники и старший автор исследования. - Одна из причин, по которой он не был принят, заключается в том, что это требует больше энергии для работы, чем конкурирующие технологии памяти. В нашем исследовании мы показали, что память с фазовым переходом может быть как быстрой, так и энергоэффективной». В отличие от обычных микросхем памяти, построенных на транзисторах и другом аппаратном обеспечении, типичное запоминающее устройство с фазовым переходом состоит из трех химических элементов - германия, сурьмы и теллура (GST), зажатых между двумя металлическими электродами. Обычные устройства, такие как флэш-накопители, хранят данные, включая и выключая поток электронов, и этот процесс обозначается цифрами 1 и 0. В памяти с фазовым переходом единицы и нули представляют собой измерения электрического сопротивления материала GST - насколько он сопротивляется потоку электричества. «Типичное запоминающее устройство с фазовым переходом может хранить два состояния сопротивления: состояние высокого сопротивления 0 и состояние низкого сопротивления 1, - сказал кандидат в докторантуру Асир Интисар Хан, соавтор исследования. - Мы можем переключаться с 1 на 0 и обратно за наносекунды, используя тепло от электрических импульсов, генерируемых электродами». Нагревание примерно до 300 градусов по Фаренгейту (150 градусов по Цельсию) превращает соединение GST в кристаллическое состояние с низким электрическим сопротивлением. При температуре около 1100 F (600 C) кристаллические атомы становятся неупорядоченными, переводя часть соединения в аморфное состояние с гораздо более высоким сопротивлением. Большая разница в сопротивлении между аморфным и кристаллическим состояниями используется для программирования памяти и хранения данных. «Это большое изменение сопротивления обратимо и может быть вызвано включением и выключением электрических импульсов», - сказал Хан. «Вы можете вернуться через несколько лет и прочитать память, просто считывая сопротивление каждого бита, - сказал Поп. - Кроме того, после того, как память установлена, она не потребляет энергии, как флеш-накопитель». Но переключение между состояниями обычно требует большого количества энергии, что может сократить срок службы батареи в мобильной электронике. Чтобы решить эту проблему, команда Стэнфордского университета намеревалась разработать ячейку памяти с фазовым переходом, которая работает с низким энергопотреблением и может быть встроена в гибкие пластиковые подложки, обычно используемые в сгибаемых смартфонах, переносных телесных датчиках и другой мобильной электронике с батарейным питанием. «Эти устройства требуют низкой стоимости и низкого энергопотребления для эффективной работы системы, - сказал соавтор исследования Алвин Даус. - Но многие гибкие подложки теряют свою форму или даже плавятся при температуре около 390 F (200 C) и выше». В ходе исследования Даус и его коллеги обнаружили, что пластиковая подложка с низкой теплопроводностью может помочь уменьшить ток в ячейке памяти, позволяя ей работать эффективно. «Наше новое устройство снизило плотность тока программирования в 10 раз на гибкой подложке и в 100 раз на жестком кремнии, - сказал Поп. - В наш секретный соус вошли три ингредиента: сверхрешетка, состоящая из наноразмерных слоев материала с памятью, поровая ячейка - наноразмерное отверстие, в которое мы вставили слои сверхрешетки - и термоизолирующая гибкая подложка. Вместе они значительно повысили энергоэффективность». Возможность установки быстрой и энергоэффективной памяти на мобильных и гибких устройствах может позволить использовать широкий спектр новых технологий, таких как датчики реального времени для умных домов и биомедицинские мониторы. «Датчики имеют высокие ограничения по сроку службы батареи, и сбор необработанных данных для отправки в облако очень неэффективен с точки зрения энергопотребления, - сказал Даус. - Если вы можете обрабатывать данные локально, для чего требуется память, это будет очень полезно для внедрения Интернета вещей». Память с фазовым переходом также может открыть новое поколение сверхбыстрых вычислений. «Сегодняшние компьютеры имеют отдельные микросхемы для вычислений и памяти, - сказал Хан. - Они вычисляют данные в одном месте и хранят их в другом. Данные должны перемещаться туда и обратно, что крайне неэффективно с точки зрения энергопотребления». Память с фазовым переходом может позволить выполнять вычисления в памяти, что устраняет разрыв между вычислениями и памятью. Для вычислений в памяти потребуется устройство с фазовым переходом с несколькими состояниями сопротивления, каждое из которых способно хранить память. «Типичная память с фазовым переходом имеет два устойчивых состояния: высокое и низкое, - сказал Хан. - Мы запрограммировали четыре стабильных состояния сопротивления, а не только два, что стало важным первым шагом на пути к гибким вычислениям в памяти». Память с фазовым переходом также может использоваться в крупных центрах обработки данных, где на хранение данных приходится около 15 процентов потребления электроэнергии. «Основная привлекательность памяти с фазовым переходом - это скорость, но энергоэффективность в электронике также имеет значение, - сказал Поп. - Это не просто второстепенная мысль. Все, что мы можем сделать для создания электроники с низким энергопотреблением и продления срока службы батарей, окажет огромное влияние». Источник: scientificrussia.ru Комментарии: |
|