Forskere bestemmer optimal geometri til CBRAM -computeropbevaring

CBRAM (conductive bridging random access memory) kan spille en grundlæggende rolle i hukommelsen i fremtiden ved at lagre data i en ikke-flygtig (dvs. næsten permanent) måde. For at reducere størrelsen og strømforbruget af sådanne komponenter, det er vigtigt at præcist forstå deres adfærd på atomniveau.

Mathieu Luisier, lektor ved ETH Zürich, og hans team studerede denne type hukommelse, som består af to metalelektroder adskilt af en isolator. Forskerne udviklede en computermodel af en CBRAM, der består af omkring 4500 atomer og overholder kvantemekanikkens love for den mikroskopiske verden. Denne simulering i atomskala gør det muligt præcist at beskrive intensiteten af ​​den strøm, der genereres af et metallisk nanofilament, når det dannes og opløses mellem elektroderne.

Ti atomer tykke

"Dette er et stort skridt fremad, "siger Mathieu Luisier, som var SNSF -professor ved ETH Zürich fra 2011 til 2016. "Indtil nu, eksisterende modeller kunne kun håndtere omkring hundrede atomer. "Den nye model gengiver nøjagtigt den elektriske strøm såvel som den energi, der spredes af cellen, til gengæld muliggør beregning af dens temperatur. Forskerne er i stand til at observere effekten af ​​ændringer i tykkelsen af ​​isolatoren og diameteren af ​​det metalliske filament. Fundene, som blev præsenteret på IEDM -konferencen i San Francisco i december 2017, viser, at lokalt strømforbrug og varme reduceres, hvis de to elektroder flyttes tættere på hinanden. Men kun op til et bestemt punkt:Elektroder, der er for tæt, er underlagt kvantetunneleffekten, og strømmen mellem dem er ikke længere styrbar.

Forskningen viser, at i en optimal CBRAM -geometri, isolatoren er 1,5 til 2 nanometer (ca. 10 atomer) tyk. Fremstilling er stadig en udfordring, dog:maskiner, der er i stand til at opnå sådanne dimensioner, anvender en termografisk litografiteknik, der i øjeblikket ikke er egnet til masseproduktion. "I dag, en typisk transistorkanal af CMOS-type måler omkring 20 nanometer, eller ti gange tykkere end de CBRAM -isolatorer, vi undersøgte, "siger Luisier. Følgelig, Moores lov - der forudsiger, at størrelsen på elektroniske komponenter halveres hver 18. - 24. måned - kan løbe op mod en væg inden for et årti.

For at opnå deres 4500-atom-model, forskerne havde fordel af adgang til verdens tredjestørste computer-Piz Daint-som er placeret i Swiss National Supercomputing Center (CSCS) i Lugano og kan udføre op til 20 millioner milliarder operationer i sekundet. Denne type undersøgelse kræver 230 state-of-the-art grafikkort; Piz Daint har mere end 4000 af dem. Hvert kort har sin egen CPU. "Selv med denne beregningskraft, det tager cirka ti timer at simulere en hukommelse og bestemme dens elektriske egenskaber, «siger Luisier.