实验性热存储器单元让计算机在极端温度下继续运行

实验性热存储器单元 Brenda Ahearn/密歇根大学工程、传播与营销学院

如今，计算机几乎无处不在，但"几乎"一词很快就被抛到了九霄云外。 例如，仅在 40 年前，在汽车里安装一台电脑（单数）还是一件令人谈虎色变的事情。 到 2024 年，平均每辆车的各个系统中将有 100 台电脑，运行着 1 亿行代码。

问题在于，随着计算机应用领域的不断扩大，它们所处的环境对硅微型芯片非常不利。 这些芯片在室温下工作正常，但随着温度升高，电子在半导体中的流动方式开始发生变化。 当温度达到 300 °F（150 °C）时，电子流会变得无法控制，并开始做一些令人讨厌的事情，比如清除设备的内存。

测试室中的热存储器

在我们的汽车例子中，芯片被安装在发动机或制动器等"温室"里，这已经够糟糕的了。 当它们被安装到喷气发动机、铸造厂、核聚变反应堆和金星太空探测器中时，情况就变得难以容忍了。

正因如此，密歇根团队正在研究一种新型计算机存储器，即使在加热到 1100 °F（600 °C）以上的情况下也能存储和重写信息。 它是通过将钽氧化物和钽金属层制成半导体，并在两者之间加入固体电解质来实现这一功能的。 存储芯片使用的不是移动电子来存储数据，而是通过三个铂电极引出的氧离子。

据研究小组称，这一过程不像标准存储器，而更像电池的工作原理。 换句话说，与其说是电子记忆，不如说是电化学记忆。 氧离子从氧化钽中移出，留下一小块钽金属。 这些变化使各层成为绝缘体或导体，产生两种电压状态，从而可以将信息存储为 1 和 0。

在低温环境中使用时，热存储器需要加热器

到目前为止一切顺利。 遗憾的是，新内存只能在 500 °F（250 °C）以上的温度下工作，因此在更多的家庭环境中使用时需要加热器。 目前，它能保持记忆 24 小时，与其他高温存储器相比，它的工作电压更低。 此外，该团队认为它还有可能开发出更先进的版本，能够保存数千兆字节的数据。

桑迪亚国家实验室化学、燃烧和材料科学部资深科学家亚历克-塔林（Alec Talin）说："人们对使用人工智能来改善这些极端环境下的监测工作很感兴趣，但它们需要耗电量很大的强大处理器芯片，而这些极端环境中的很多设备都有严格的电力预算。"内存计算芯片可以在数据到达人工智能芯片之前帮助处理其中的一些数据，并降低设备的总体功耗。"

该研究发表在Device 上。