Dolar 13,7033
Euro 15,5541
Altın 785,05
BİST 2.005
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 13 °C
Sağanak Yağışlı

Stanford Faz Değişim Belleği, Ultra Hızlı, Enerji Verimli Hesaplamaya Yol Açabilir

05.11.2021
48
Stanford Faz Değişim Belleği, Ultra Hızlı, Enerji Verimli Hesaplamaya Yol Açabilir

Gelişmiş Bilgisayar Bellek Yongası Konsepti

Bilim adamları, büyük veri merkezlerinden mobil sensörlere ve diğer esnek elektroniklere kadar her şey için daha hızlı, daha enerji verimli bellek teknolojileri aramak için onlarca yıl harcadılar. En umut verici veri depolama teknolojileri arasında, geleneksel sabit sürücülerden binlerce kat daha hızlı olan ancak yeni ortaya çıkan bellek türleri arasında enerji açısından en verimli olmayan faz değişimli bellek yer alıyor.

Şimdi, Stanford Üniversitesi mühendisleri, faz değişim belleğinin yaygın olarak benimsenmesini sınırlayan önemli bir engelin üstesinden geldiler. Sonuçlar dergide bir çalışmada yayınlandı Bilim.

Esnek Faz Değiştirmeli Bellek Substratı

Cımbızla tutulan (solda), bükülme sürecindeki alt tabakaları gösteren çapraz bir diziye sahip esnek bir faz değişim hafızalı alt tabaka. Kredi bilgileri: Crystal Nattoo

Elektrik mühendisliği profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı Eric Pop, “İnsanlar uzun zamandır telefonlarımızdaki ve dizüstü bilgisayarlarımızdaki belleğin çoğunu değiştirmesini bekliyorlar” dedi. “Kabul edilmemesinin bir nedeni, çalışması için rakip bellek teknolojilerinden daha fazla güç gerektirmesidir. Çalışmamızda, faz değişim belleğinin hem hızlı hem de enerji açısından verimli olabileceğini gösterdik.”

Elektrik direnci

Transistörler ve diğer donanımlarla oluşturulmuş geleneksel bellek yongalarının aksine, tipik bir faz değişimli bellek aygıtı, iki metal elektrot arasına sıkıştırılmış üç kimyasal elementin (germanyum, antimon ve tellür (GST)) bileşiminden oluşur.

Flash sürücüler gibi geleneksel cihazlar, 1’ler ve 0’lar ile simgelenen bir işlem olan elektron akışını açıp kapatarak verileri depolar. Faz değişim belleğinde, 1’ler ve 0’lar, GST malzemesindeki elektrik direncinin ölçümlerini temsil eder – elektrik akışına ne kadar direndiğini.

Çalışmanın başyazarı doktora adayı Asir Intisar Khan, “Tipik bir faz değişimli bellek cihazı iki direnç durumunu saklayabilir: yüksek direnç durumu 0 ve düşük direnç durumu 1” dedi. Elektrotlar tarafından üretilen elektrik darbelerinden gelen ısıyı kullanarak nanosaniyeler içinde 1’den 0’a ve tekrar geri dönebiliriz.”

Esnek Faz Değişimli Bellek Yongası

Stanford mühendisleri, ultra hızlı ve enerji açısından verimli, esnek bir faz değişimli bellek yongası geliştirdiler. Kredi bilgileri: Asir Intisar Khan

Yaklaşık 300 dereceye kadar ısıtma Fahrenhayt (150 derece Santigrat) GST bileşiğini düşük elektrik direncine sahip kristal bir duruma dönüştürür. Yaklaşık 1,100 F’de (600 C), kristal atomlar düzensiz hale gelir ve bileşiğin bir kısmını çok daha yüksek dirençli amorf bir duruma dönüştürür. Amorf ve kristal durumlar arasındaki büyük direnç farkı, belleği programlamak ve verileri depolamak için kullanılır.

Khan, “Bu büyük direnç değişikliği tersine çevrilebilir ve elektrik darbelerini açıp kapatarak indüklenebilir” dedi.

Pop, “Yıllar sonra geri gelebilir ve sadece her bitin direncini okuyarak hafızayı okuyabilirsiniz” dedi. “Ayrıca, bellek bir kez ayarlandığında, flash sürücüye benzer şekilde herhangi bir güç kullanmaz.”

‘Gizli sos’

Ancak durumlar arasında geçiş yapmak genellikle çok fazla güç gerektirir ve bu da mobil elektronik cihazlarda pil ömrünü kısaltabilir.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için Stanford ekibi, düşük güçle çalışan ve bükülebilir akıllı telefonlarda, giyilebilir vücut sensörlerinde ve diğer pille çalışan mobil elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılan esnek plastik yüzeylere yerleştirilebilen bir faz değişimli bellek hücresi tasarlamaya başladı.

Doktora sonrası araştırmacı ortak yazar Alwin Daus, “Bu cihazlar, sistemin verimli çalışması için düşük maliyet ve düşük enerji tüketimi gerektirir” dedi. “Ancak birçok esnek alt tabaka şeklini kaybeder ve hatta 200 C ve üzerinde 390 F (200 C) civarında erir.”

Daus ve meslektaşları çalışmada, düşük termal iletkenliğe sahip plastik bir substratın, bellek hücresindeki akım akışını azaltarak verimli çalışmasına izin verebileceğini keşfettiler.

Pop, “Yeni cihazımız, programlama akımı yoğunluğunu esnek bir alt tabaka üzerinde 10 kat ve sert silikon üzerinde 100 kat azalttı” dedi. “Gizli sosumuza üç bileşen girdi: hafıza malzemesinin nano boyutlu katmanlarından oluşan bir süper kafes, bir gözenek hücresi – süper örgü katmanlarını doldurduğumuz nano boyutlu bir delik – ve termal olarak yalıtkan esnek bir alt tabaka. Birlikte, enerji verimliliğini önemli ölçüde iyileştirdiler.”

Ultra hızlı, esnek bilgi işlem

Mobil ve esnek cihazlara hızlı, enerji açısından verimli bellek kurma yeteneği, akıllı evler için gerçek zamanlı sensörler ve biyomedikal monitörler gibi çok çeşitli yeni teknolojileri mümkün kılabilir.

Daus, “Sensörlerin pil ömrü üzerinde yüksek kısıtlamaları var ve buluta göndermek için ham veri toplamak çok verimsiz” dedi. “Bellek gerektiren verileri yerel olarak işleyebiliyorsanız, Nesnelerin İnterneti’ni uygulamak için çok yararlı olacaktır.”

Faz değişimli bellek, yeni nesil ultra hızlı bilgi işlemin de öncüsü olabilir.

Khan, “Bugünün bilgisayarlarında bilgi işlem ve bellek için ayrı çipler var” dedi. “Verileri bir yerde hesaplar ve başka bir yerde depolarlar. Verilerin ileri geri gitmesi gerekiyor, bu da enerji açısından oldukça verimsiz.”

Faz değişimli bellek, bilgi işlem ve bellek arasındaki boşluğu dolduran bellek içi hesaplamayı etkinleştirebilir. Bellek içi hesaplama, her biri bellek depolayabilen çoklu direnç durumlarına sahip bir faz değiştirme cihazı gerektirecektir.

Khan, “Tipik faz değişim belleğinin yüksek ve düşük olmak üzere iki dirençli durumu vardır” dedi. “Sadece iki değil, dört kararlı direnç durumu programladık, esnek bellek içi hesaplamaya yönelik önemli bir ilk adım.”

Faz değiştirme belleği, veri depolamanın elektrik tüketiminin yaklaşık yüzde 15’ini oluşturduğu büyük veri merkezlerinde de kullanılabilir.

Pop, “Faz değiştirme belleğinin en büyük cazibesi hızdır, ancak elektronikte enerji verimliliği de önemlidir” dedi. “Bu sadece sonradan düşünülmüş bir şey değil. Daha düşük güçlü elektronikler yapmak ve pil ömrünü uzatmak için yapabileceğimiz her şeyin muazzam bir etkisi olacak.”

Referans: Asir Intisar Khan, Alwin Daus, Raisul Islam, Kathryn M. Neilson, Hye Ryoung Lee, H.-S. Philip Wong ve Eric Pop, 10 Eylül 2021, Bilim.
DOI: 10.1126/science.abj1261

Diğer Stanford ortak yazarları eski doktora sonrası bilgin Raisul Islam, doktora adayı Kathryn Neilson, araştırmacı bilim adamı Hye Ryoung Lee ve H.-S. Philip Wong, Mühendislik Okulu’nda Willard R. ve Inez Kerr Bell Profesörü. Wong ve Eric Pop ayrıca Stanford Precourt Institute for Energy’de bağlı öğretim üyeleridir.

Bu araştırma için fon sağlandı Stanford Non-volatile Memory Technology Research Initiative (Stanford Non-volatile Memory Technology Research Initiative) üye şirketleri tarafından (NMTRI), Stanford Lisansüstü Burs programı, İsviçre Ulusal Bilim Vakfı’nın Erken Doktora Sonrası Hareketlilik Bursu ve Pekin İşbirliğine Dayalı Yenilik Enstitüsü.

.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.