Estamos asignando a nuestras computadoras la tarea de procesar cantidades cada vez mayores de datos para acelerar el descubrimiento de fármacos, mejorar las predicciones meteorológicas y climáticas, entrenar inteligencia artificial y mucho más.Para satisfacer esta demanda, necesitamos una memoria de computadora más rápida y con mayor eficiencia energética que nunca.

Investigadores de Stanford han demostrado que unanuevo materialpuede hacermemoria de cambio de faseâque se basa en cambiar entre estados de alta y baja resistencia para crear los unos y los ceros de los datos de la computadora, una opción mejorada para la IA futura y los sistemas centrados en datos.Su tecnología escalable, comodetalladoenComunicaciones de la naturaleza, es rápido, de bajo consumo, estable, duradero y puede fabricarse a temperaturas compatibles con la fabricación comercial.

"No solo estamos mejorando en una sola métrica, como la resistencia o la velocidad; estamos mejorando varias métricas simultáneamente", dijo Eric Pop, profesor Pease-Ye de Ingeniería Eléctrica y profesor, por cortesía, de ciencia e ingeniería de materiales en Stanford.."Esto es lo más realista y amigable para la industria que hemos construido en esta esfera. Me gustaría pensar en ello como un paso hacia una solución universal.memoria".

Una memoria no volátil más rápida

Las computadoras de hoy almacenan yprocesar datosen lugares separados.La memoria volátil, que es rápida pero desaparece cuando la computadora se apaga, se encarga del procesamiento, mientras que la memoria no volátil, que no es tan rápida pero puede contener información sin un consumo constante de energía, se encarga del almacenamiento de datos a largo plazo..Cambiar información entre estas dos ubicaciones puede provocar cuellos de botella mientras el procesador espera que se recuperen grandes cantidades de datos.

"Se necesita mucha energía para transportar datos de un lado a otro, especialmente con las cargas de trabajo informáticas actuales", dijo Xiangjin Wu, coautor principal del artículo y candidato a doctorado coasesorado por Pop y Philip Wong, Willard R. andProfesora Inez Kerr Bell de la Escuela de Ingeniería.

"Con este tipo de memoria, realmente esperamos acercar la memoria y el procesamiento, en última instancia, en un solo dispositivo, de modo que utilice menos energía y tiempo".

Hay muchos obstáculos técnicos para lograr una memoria universal eficaz y comercialmente viable capaz de almacenar a largo plazo y procesar rápidamente y con bajo consumo de energía sin sacrificar otras métricas, pero la nueva memoria de cambio de fase desarrollada en el laboratorio de Pop es lo más cerca que nadie ha estado.hasta ahora con esta tecnología.Los investigadores esperan que inspire un mayor desarrollo y adopción como memoria universal.

La memoria se basa en GST467, una aleación de cuatro partes de germanio, seis partes de antimonio y siete partes de telurio, desarrollada por colaboradores de la Universidad de Maryland.Pop y sus colegas encontraron formas de intercalar la aleación entre varios otros materiales de espesor nanométrico en una superred, una estructura en capas que habían utilizado anteriormente para lograr buenos resultados de memoria no volátil.

"La composición única de GST467 le da una velocidad de conmutación particularmente rápida", dijo Asir Intisar Khan, quien obtuvo su doctorado en el laboratorio de Pop y es coautor principal del artículo."Integrarlo dentro de la estructura de superred en dispositivos a nanoescala permite una baja energía de conmutación, nos brinda buena resistencia, muy buena estabilidad y lo hace no volátil; puede conservar su estado durante 10 años o más".

Estableciendo un nuevo listón

La superred GST467 supera varios puntos de referencia importantes.La memoria de cambio de fase a veces puede variar con el tiempo (esencialmente, el valor de los unos y los ceros puede cambiar lentamente), pero sus pruebas muestran que esta memoria es extremadamente estable.También funciona por debajo de 1 voltio, que es el objetivo debaja potenciay es significativamente más rápido que una unidad de estado sólido típica.

"Algunos otros tipos dememoria no volátil"Pueden ser un poco más rápidos, pero operan a mayor voltaje o mayor potencia", dijo Pop. "Con todas estas tecnologías informáticas, existen compensaciones entre velocidad y energía.El hecho de que estemos conmutando en unas pocas decenas de nanosegundos mientras operamos por debajo de un voltio es un gran problema".

La superred también incluye una buena cantidad de células de memoria en un espacio pequeño.Los investigadores han reducido las células de memoria a 40 nanómetros de diámetro, menos de la mitad del tamaño de un coronavirus.No es tan denso como podría ser, pero los investigadores están explorando formas de compensarlo apilando la memoria en capas verticales, lo cual es posible gracias a la baja temperatura de fabricación de la superred y a las técnicas utilizadas para crearla.

"La temperatura de fabricación está muy por debajo de lo que se necesita", dijo Pop."La gente habla de apilar la memoria en miles de capas para aumentar la densidad. Este tipo de memoria puede permitir futuras capas 3D".

Pop es miembro de Stanford SystemX Alliance y afiliado de SLAC y del Precourt Institute for Energy.Wong es profesor de ingeniería eléctrica, miembro de Stanford Bio-X, el Instituto de Neurociencias Wu Tsai y afiliado del Instituto Precourt de Energía.

Otros coautores son de Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, Theiss Research Inc, la Universidad de Maryland y la Universidad de Tianjin.