Pedimos a las computadoras que procesen cantidades cada vez mayores de datos para acelerar el descubrimiento de fármacos, mejorar las predicciones meteorológicas y climáticas, entrenar inteligencia artificial y más. Para satisfacer esta demanda, necesitamos una memoria de computadora que sea más rápida y más eficiente energéticamente que nunca. Con este fin, investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado un nuevo tipo de memoria de cambio de fase que puede ayudar a las computadoras a procesar grandes cantidades de datos de manera más rápida y eficiente.

Innovación en tecnología de memoria.

Investigadores de la Universidad de Stanford han demostrado que un nuevo material podría crear memorias de cambio de fase, que se basan en cambiar entre estados de alta y baja resistencia para crear los unos y los ceros de los datos informáticos, una opción mejorada para la inteligencia artificial futura y los sistemas centrados en datos. Recientemente, la revista Nature Communications detalló su tecnología escalable, que es rápida, de bajo consumo, estable, duradera y puede fabricarse a temperaturas compatibles con la fabricación comercial.

"No solo estamos mejorando una única métrica como la resistencia o la velocidad, sino que estamos mejorando múltiples métricas al mismo tiempo", afirmó Eric Pop, profesor Pease-Ye de ingeniería eléctrica y profesor distinguido de ciencia e ingeniería de materiales en Stanford. "Esto es lo más realista y amigable para la industria que jamás hayamos construido en esta área. Me gusta pensar en ello como un paso hacia la memoria universal".

Vistas transversales de un dispositivo de memoria de cambio de fase en estados de alta y baja resistencia. El diámetro del electrodo inferior es de unos 40 nanómetros. Las flechas marcan algunas de las interfaces de van der Waals (vdW) formadas entre capas de material superreticular. La superred se destruye y reconstruye entre estados de alta y baja resistencia. Fuente: Proporcionado por Pop Lab

Mejorar la eficiencia informática

Las computadoras actuales almacenan y procesan datos en varios lugares. La memoria volátil (rápida, pero desaparece cuando se apaga la computadora) es responsable del procesamiento de datos, mientras que la memoria no volátil (no es rápida, pero puede contener información sin una entrada constante de energía) es responsable del almacenamiento de datos a largo plazo. Mover información entre estas dos ubicaciones crea un cuello de botella cuando el procesador espera recuperar grandes cantidades de datos.

Xiangjin Wu, coprimer autor del artículo y candidato a doctorado cosupervisado por Pop y Philip Wong, profesor Willard R. e Inez Kerr Bell en la Escuela de Ingeniería, dijo: "El intercambio de datos de un lado a otro consume mucha energía, especialmente en las cargas de trabajo informáticas actuales. Con este tipo de memoria, esperamos acercar más la memoria y el procesamiento y, en última instancia, integrarlos en un solo dispositivo, reduciendo así el consumo de energía y el tiempo".

Hay muchos obstáculos técnicos para lograr una memoria eficiente, comercialmente viable y de uso general que pueda realizar tanto almacenamiento a largo plazo como procesamiento rápido y de bajo consumo sin sacrificar otras métricas, pero la nueva memoria de cambio de fase desarrollada por el laboratorio de Pope es lo más cerca que nadie ha estado hasta ahora con esta tecnología. Los investigadores esperan que inspire un mayor desarrollo y adopción de esta memoria universal.

La promesa de la aleación GST467

La memoria se basa en GST467, una aleación compuesta 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 una manera de intercalar esta aleación entre varios otros materiales de espesor nanométrico en una superred, una estructura en capas que habían utilizado previamente con buenos resultados en memorias no volátiles.

"La composición única de GST467 hace que cambie excepcionalmente rápido", dijo Asir Intisar Khan, quien obtuvo su doctorado en el laboratorio de Pop y es coautor del artículo. "Integrarlo en la estructura de superred de un dispositivo a nanoescala permite una baja energía de conmutación, nos brinda buena durabilidad, muy buena estabilidad y lo hace no volátil: puede mantener su estado durante 10 años o más".

Establecer nuevos estándares

La superred GST467 pasó varias pruebas comparativas importantes. La memoria de cambio de fase a veces puede variar con el tiempo, y los valores de 1 y 0 cambian lentamente, pero sus pruebas demostraron que la memoria es muy estable. También funciona a menos de 1 voltio (un objetivo para la tecnología de bajo consumo) y es significativamente más rápido que los SSD normales.

"Varios otros tipos de memoria no volátil pueden ser más rápidos, pero operan a voltajes más altos y consumen más energía", dijo Pop. "Todas estas tecnologías informáticas requieren un equilibrio entre velocidad y consumo de energía. El hecho de que podamos cambiar en decenas de nanosegundos a voltajes inferiores a un voltio es muy importante".

Las superredes también pueden acomodar una gran cantidad de celdas de memoria en un espacio pequeño. Los investigadores redujeron el diámetro de las células de memoria a 40 nanómetros, menos de la mitad del tamaño del coronavirus. Este enfoque es posible porque la superred se fabrica a temperaturas más bajas y utiliza técnicas de fabricación avanzadas. La temperatura de fabricación es mucho más baja de la requerida. Los investigadores están analizando apilar recuerdos en miles de capas para aumentar la densidad. Esta memoria podría permitir futuras capas 3D.

Fuente compilada: ScitechDaily