Ученые Кембриджского университета придумали компьютерную память, которая записывает данные не в виде привычных нулей и единиц, а в виде непрерывного спектра состояний. Это позволяет записывать данные быстрее и хранить в сотни раз больше информации.
Отказ от единиц и нулей
Насколько бы мощными не были современные компьютерные технологии, у них существует ряд жестких ограничений. Данные кодируются только в два состояния - ноль и единица. И эти данные хранятся и обрабатываются в разных частях компьютерной системы, поэтому их нужно перемещать туда и обратно, что потребляет энергию и время.
Новая форма компьютерной памяти, известная как резистивная коммутационная память, разработана для того, чтобы быть гораздо более эффективной.
Вместо того, чтобы записывать информацию в виде единиц и нулей, этот новый вид памяти может создавать непрерывный диапазон состояний. Это делается путем приложения электрического тока к определенным типам материалов, что приводит к тому, что их электрическое сопротивление становится сильнее или слабее. Широкий спектр этих незначительных различий в электрическом сопротивлении создаёт множество возможных состояний для хранения данных.
«Типичная USB-флешка, основанная на непрерывном диапазоне, сможет содержать, например, в 10 или в 100 раз больше информации», - говорит доктор Маркус Хелленбранд, автор исследования.
Как это работает?
Для создания нового типа памяти ученые разработали прототип резистивного переключающего запоминающего устройства, изготовленного из материала под названием оксид гафния. Этот материал уже активно используется в полупроводниковой промышленности в качестве изолятора.
Обычно, оксид гафния трудно использовать для памяти, потому что он не имеет структуры на атомном уровне - в нем атомы гафния и кислорода перемешаны случайным образом. Но кембриджские исследователи обнаружили, что добавление одного дополнительного ингредиента может это изменить.
Когда в смесь добавляется барий, он образует вертикальные «мостики» между уложенными в стопку тонкими пленками оксида гафния. Электроны могут легко перемещаться по этим бариевым мостикам. В точках, где мосты соприкасаются с контактами устройства, создается энергетический барьер. Высота этого барьера может регулироваться, что меняет электрическое сопротивление всего материала. Это, в свою очередь, создает тот самый диапазон состояний, который позволяет кодировать данные.
«Это позволяет существовать в материале нескольким состояниям, в отличие от обычной памяти, которая имеет только два состояния. Что действительно захватывающе в этих материалах, так это то, что они могут работать как синапс в мозге: они могут хранить и обрабатывать информацию в одном и том же месте, как наш мозг, что делает их очень перспективными для сфер ИИ и машинного обучения», - говорит Хелленбранд.
По словам ученых, технология имеет ряд важных преимуществ, которые позволят ей выйти на рынок. Во-первых, структура такой памяти собирается при относительно низких температурах. Это значит, что производственный процесс будет дешевле, чем традиционное высокотемпературное производство. Во-вторых, все необходимые материалы уже уже широко используются в индустрии компьютерных микросхем. Потому их будет легче интегрировать в существующие технологии производства. Так эта необычная технология имеет неплохие шансы на то, чтобы выйти за пределы лаборатории и превратиться в реальный потребительский продукт.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
