相變材料能在0.5納秒內快速切換
- 發佈時間：2014-09-29 01:00:24 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 英國康橋大學、新加坡數據存儲研究所與新加坡技術和設計大學的科學家經過研究發現，用可以在不同電狀態間快速來回切換的相變材料替代硅，他們有望研製出資訊處理速度快1000倍且更小、更環保的電腦。研究發表在最新一期的美國《國家科學院學報》上。
據美國《大眾科學》網站近日報道，研究人員表示，這種基於硫化物玻璃的“相變材料（PCMs）”能在十億分之一秒（0.5納秒）內，在合適的電脈衝下，在晶體和導電狀態與玻璃和絕緣狀態之間，可逆地快速切換。在由這種材料製成的非易失性記憶體單元內，邏輯操作和存儲可在同一處進行，從而節省時間和能源；而在硅基電腦內，邏輯操作和存儲在不同的地方進行。
目前，在大多數電腦、手機和平板電腦內，計算都由硅基邏輯設備進行，計算結果也由硅製成的固態記憶體存儲。以前，增加計算能力的主要方法是通過減少邏輯設備的大小來增加其數量，但這種方法很快會行不通，因為目前最小的硅基邏輯和存儲設備約為20奈米，而且採用層級架構構造而成。為了增加晶片上設備的數量，這些設備被製造得越來越小，層與層之間的縫隙也變得越來越小，可能會使存儲在非易失性記憶體設備某些區域內的電子從縫隙中逃走，導致數據損失。而由相變材料製成的設備能克服這種限制，因為其已被證明能小到2奈米。
因此，為了在不增加邏輯設備數量的情況下提高處理速度，替代方法是增加每個設備能執行的計算數量，用硅根本無法做到這一點，而研究人員已經證明，相變材料邏輯/存儲設備可以做到這一點。
相變材料首次於上世紀60年代研製而成，最初被用於光存儲設備（比如可重寫的DVD等）內，現在主要用於電存儲領域且在某些智慧手機內替代硅基快閃記憶體。儘管已被證明能執行邏輯計算，但這種相變材料也有缺陷：目前，它們的運算速度無法與硅相比，而且在初始的非結晶狀態下不穩定。不過，研究人員在最新研究中發現，通過執行可逆的邏輯操作過程——從晶體狀態開始，接著在單元內融化這種相變材料，再到執行邏輯操作，這種材料不僅可以變得更穩定而且能更快地執行操作。
該研究的領導者、康橋大學化學學院的斯蒂芬·艾略特説：“我們希望用由相變材料製成的非易失性設備替代需要不斷刷新而耗能費時的動態隨機記憶體（DRAM）和邏輯處理器，最終研製出運作速度更快且更環保的電腦。”
（劉霞）
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