Ultratynd hukommelseslagringsenhed baner vejen for mere kraftfuld databehandling

Ingeniører verden over har udviklet alternative måder at give større hukommelseslagerkapacitet på endnu mindre computerchips. Tidligere forskning i todimensionelle atomark til hukommelseslagring har ikke kunnet afdække deres potentiale - indtil nu.

Et hold af elektriske ingeniører ved University of Texas i Austin, i samarbejde med videnskabsmænd fra Peking University, har udviklet den tyndeste hukommelseslagringsenhed med tæt hukommelseskapacitet, baner vejen for hurtigere, mindre og smartere computerchips til alt fra forbrugerelektronik til big data til hjerne-inspireret computing.

"I lang tid, konsensus var, at det ikke var muligt at lave hukommelsesenheder af materialer, der kun var et atomlag tykt, " sagde Deji Akinwande, lektor i Cockrell School of Engineerings afdeling for elektro- og computerteknik. "Med vores nye 'atomristorer, "Vi har vist, at det virkelig er muligt."

Fremstillet af 2-D nanomaterialer, "atomristorerne" - et udtryk som Akinwande opfandt - forbedrer sig på memristorer, en ny hukommelseslagringsteknologi med lavere hukommelsesskalerbarhed. Han og hans team offentliggjorde deres resultater i januarudgaven af Nano bogstaver .

"Atomristorer vil give mulighed for at fremme Moores lov på systemniveau ved at muliggøre 3D-integration af nanoskalahukommelse med nanoskalatransistorer på samme chip til avancerede computersystemer, " sagde Akinwande.

Hukommelseslagring og transistorer har, til dato, altid været separate komponenter på en mikrochip, men atomristorer kombinerer begge funktioner på en enkelt, mere effektivt computersystem. Ved at bruge metalliske atomplader (grafen) som elektroder og halvledende atomplader (molybdænsulfid) som det aktive lag, hele hukommelsescellen er en sandwich på omkring 1,5 nanometer tyk, som gør det muligt at pakke atomristorer tæt lag for lag i et plan. Dette er en væsentlig fordel i forhold til konventionel flash-hukommelse, som optager langt større plads. Ud over, tyndheden giver mulighed for hurtigere og mere effektiv elektrisk strøm.

I betragtning af deres størrelse, kapacitet og integrationsfleksibilitet, Atomristorer kan pakkes sammen for at lave avancerede 3-D-chips, der er afgørende for den succesfulde udvikling af hjerne-inspireret computing. En af de største udfordringer i dette spirende ingeniørområde er, hvordan man laver en hukommelsesarkitektur med 3D-forbindelser, der ligner dem, der findes i den menneskelige hjerne.

"Den rene tæthed af hukommelseslagring, der kan gøres mulig ved at lægge disse syntetiske atomark ovenpå hinanden, kombineret med integreret transistor design, betyder, at vi potentielt kan lave computere, der lærer og husker på samme måde, som vores hjerner gør, " sagde Akinwande.

Forskerholdet opdagede også en anden unik applikation til teknologien. I eksisterende allestedsnærværende enheder såsom smartphones og tablets, radiofrekvensomskiftere bruges til at forbinde indgående signaler fra antennen til et af de mange trådløse kommunikationsbånd for at forskellige dele af en enhed kan kommunikere og samarbejde med hinanden. Denne aktivitet kan væsentligt påvirke en smartphones batterilevetid.

Atomristorerne er de mindste radiofrekvenshukommelseskontakter, der skal demonstreres uden DC-batteriforbrug, hvilket i sidste ende kan føre til længere batterilevetid.

"Samlet set, vi føler, at denne opdagelse har reel kommercialiseringsværdi, da den ikke vil forstyrre eksisterende teknologier, " sagde Akinwande. "Snarere, den er designet til at komplementere og integreres med de siliciumchips, der allerede er i brug i moderne teknologiske enheder."