斯坦福研究人员借助新材料研发出通用存储器 有助于搭建超高效内存矩阵

内存技术的创新

斯坦福大学的研究人员证明，一种新材料可使相变存储器（依靠在高低电阻状态之间切换来创建计算机数据的1和0）成为未来人工智能和以数据为中心的系统的改进选择。最近，《自然-通讯》（Nature Communications）杂志详细介绍了他们的可扩展技术，该技术具有快速、低功耗、稳定、持久的特点，并且可以在与商业制造兼容的温度下制造。

斯坦福大学电子工程系 Pease-Ye 教授兼材料科学与工程特聘教授 Eric Pop 说："我们不仅仅是在提高耐力或速度等单一指标，而是在同时提高多个指标。这是我们在这一领域建立的最现实、最适合工业的东西。我想把它看作是向通用存储器迈出的一步。"

相变存储器件在高电阻和低电阻状态下的截面图。底部电极的直径约为 40 纳米。箭头标记了超晶格材料层之间形成的一些范德华（vdW）界面。超晶格在高电阻态和低电阻态之间被破坏和重构。 图源：波普实验室提供

提高计算效率

如今的计算机在不同的位置存储和处理数据。易失性内存（速度快，但在计算机关机时就会消失）负责处理数据，而非易失性内存（速度不快，但可以在不持续输入电源的情况下保存信息）负责长期数据存储。当处理器等待检索大量数据时，在这两个位置之间转移信息会造成瓶颈。

论文的共同第一作者、Pop 和 Philip Wong（工程学院 Willard R. and Inez Kerr Bell 教授）共同指导的博士候选人吴向进（音译）说："来回穿梭数据需要耗费大量能源，尤其是在当今的计算工作负载下。有了这种存储器，我们希望能把存储器和处理过程更紧密地结合在一起，最终整合到一个设备中，从而减少能耗和时间"。

要实现一种有效的、商业上可行的通用存储器，既能进行长期存储，又能进行快速、低功耗处理，同时又不牺牲其他指标，还存在许多技术障碍，但波普实验室开发的新型相变存储器是迄今为止任何人在这项技术上取得的最接近目标的成果。研究人员希望它能激励人们进一步开发和采用这种通用存储器。

GST467 合金的承诺

这种存储器依赖于 GST467，这是一种由四份锗、六份锑和七份碲组成的合金，由马里兰大学的合作者开发。Pop 和他的同事找到了在超晶格中将这种合金夹在其他几种纳米薄材料之间的方法，他们以前曾用这种分层结构取得过良好的非易失性存储器效果。

"GST467 的独特成分使其开关速度特别快，"在 Pop 实验室获得博士学位的 Asir Intisar Khan 说，他是这篇论文的共同第一作者。"将它集成到纳米级器件的超晶格结构中，可以实现低开关能量，为我们提供了良好的耐久性、非常好的稳定性，并使其具有非易失性--它的状态可以保持 10 年或更长的时间。"

设定新标准

GST467 超晶格通过了几项重要的基准测试。相变存储器有时会随时间发生漂移，即 1 和 0 的值会缓慢移动，但他们的测试表明，这种存储器非常稳定。它的工作电压也低于 1 伏（这是低功耗技术的目标），而且速度明显快于一般的固态硬盘。

Pop 说："其他几种非易失性存储器的速度可能更快一些，但它们的工作电压更高，功耗更大。所有这些计算技术都需要在速度和能耗之间做出权衡。我们能在低于一伏特的电压下以几十纳秒的速度进行切换，这一点非常重要。"

超晶格还能在狭小的空间内容纳大量的记忆细胞。研究人员将记忆单元的直径缩小到 40 纳米，不到冠状病毒大小的一半。由于超晶格的制造温度较低，而且采用了先进的制造技术，因此这种方法是可行的。制造温度远远低于所需要的温度。研究人员正在讨论将存储器堆叠成数千层，以提高密度。这种存储器可以实现未来的3D分层。

编译来源：ScitechDaily