Une nouvelle mémoire à changement de phase développée par des chercheurs de Stanford offre des capacités de traitement des données plus rapides et plus efficaces. Cette technologie évolutive, à faible consommation et stable pourrait révolutionner l’informatique en améliorant les mesures de performances à tous les niveaux, marquant ainsi une étape vers la mémoire universelle. Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs de Stanford ont développé une nouvelle mémoire à changement de phase qui pourrait aider les ordinateurs à traiter de grandes quantités de données plus rapidement et plus efficacement.
Nous chargeons nos ordinateurs de traiter des quantités toujours croissantes de données pour accélérer la découverte de médicaments, améliorer les prévisions météorologiques et climatiques, former l’intelligence artificielle et bien plus encore. Pour répondre à cette demande, nous avons besoin d’une mémoire informatique plus rapide et plus économe en énergie que jamais.
Innovations dans la technologie de la mémoire
Des chercheurs de Stanford ont démontré qu’un nouveau matériau pourrait faire de la mémoire à changement de phase – qui repose sur la commutation entre des états de résistance élevée et faible pour créer les uns et les zéros des données informatiques – une option améliorée pour les futurs systèmes d’IA et centrés sur les données. Leur technologie évolutive, comme détaillé récemment dans Communications naturellesest rapide, de faible consommation, stable, durable et peut être fabriqué à des températures compatibles avec la fabrication commerciale.
« Nous n’améliorons pas seulement un seul paramètre, comme l’endurance ou la vitesse ; nous améliorons plusieurs paramètres simultanément », a déclaré Eric Pop, professeur Pease-Ye de génie électrique et professeur, par courtoisie, de science et d’ingénierie des matériaux à Stanford. « Il s’agit de la solution la plus réaliste et la plus respectueuse de l’industrie que nous ayons construite dans ce domaine. J’aimerais y penser comme un pas vers une mémoire universelle.
Coupes transversales de dispositifs de mémoire à changement de phase dans les états de résistance élevée et faible. Le diamètre de l’électrode inférieure est d’environ 40 nanomètres. Les flèches marquent certaines des interfaces van der Waals (vdW), qui se forment entre les couches des matériaux du super-réseau. Le super-réseau est perturbé et réformé entre les États à haute et faible résistance. Crédit : Avec l’aimable autorisation du Pop Lab
Améliorer l’efficacité informatique
Les ordinateurs d’aujourd’hui stockent et traitent les données dans des emplacements distincts. La mémoire volatile – qui est rapide mais disparaît lorsque votre ordinateur s’éteint – gère le traitement, tandis que la mémoire non volatile – qui n’est pas aussi rapide mais peut contenir des informations sans consommation d’énergie constante – s’occupe du stockage des données à long terme. Le déplacement d’informations entre ces deux emplacements peut provoquer des goulots d’étranglement pendant que le processeur attend la récupération de grandes quantités de données.
« Il faut beaucoup d’énergie pour transférer des données, en particulier avec les charges de travail informatiques actuelles », a déclaré Xiangjin Wu, co-auteur principal de l’article et doctorant co-encadré par Pop et Philip Wong, du Willard R. et Inez Kerr Bell Professeur à l’École d’ingénierie. « Avec ce type de mémoire, nous espérons vraiment rapprocher la mémoire et le traitement, pour finalement en faire un seul appareil, afin qu’il consomme moins d’énergie et de temps. »
Il existe de nombreux obstacles techniques pour parvenir à une mémoire universelle efficace et commercialement viable, capable à la fois d’un stockage à long terme et d’un traitement rapide et à faible consommation sans sacrifier d’autres mesures, mais la nouvelle mémoire à changement de phase développée dans le laboratoire de Pop est aussi proche que quiconque. jusqu’à présent avec cette technologie. Les chercheurs espèrent qu’il inspirera un développement ultérieur et une adoption en tant que mémoire universelle.
La promesse de l’alliage GST467
La mémoire s’appuie sur GST467, un alliage composé de quatre parties de germanium, six parties d’antimoine et sept parties de tellure, développé par des collaborateurs de l’Université du Maryland. Pop et ses collègues ont trouvé le moyen de prendre en sandwich l’alliage entre plusieurs autres matériaux nanométriques dans un super-réseau, une structure en couches qu’ils ont déjà utilisée pour obtenir de bons résultats en matière de mémoire non volatile.
« La composition unique du GST467 lui confère une vitesse de commutation particulièrement rapide », a déclaré Asir Intisar Khan, qui a obtenu son doctorat dans le laboratoire de Pop et est co-auteur principal de l’article. « L’intégrer dans la structure du super-réseau dans à l’échelle nanométrique Les dispositifs permettent une faible énergie de commutation, nous offrent une bonne endurance, une très bonne stabilité et le rendent non volatil – il peut conserver son état pendant 10 ans ou plus.
Établir une nouvelle barre
Le super-réseau GST467 répond à plusieurs critères importants. La mémoire à changement de phase peut parfois dériver avec le temps – essentiellement, la valeur des uns et des zéros peut changer lentement – mais leurs tests montrent que cette mémoire est extrêmement stable. Il fonctionne également à moins de 1 volt, ce qui est l’objectif d’une technologie à faible consommation, et est nettement plus rapide qu’un disque SSD classique.
« Quelques autres types de mémoire non volatile peuvent être un peu plus rapides, mais ils fonctionnent à une tension ou une puissance plus élevée », a déclaré Pop. « Avec toutes ces technologies informatiques, il existe des compromis entre vitesse et énergie. Le fait que nous commutions en quelques dizaines de nanosecondes tout en fonctionnant en dessous d’un volt est un gros problème.
Le super-réseau contient également une bonne quantité de cellules mémoire dans un petit espace. Les chercheurs ont réduit les cellules mémoire à 40 nanomètres de diamètre, soit moins de la moitié de la taille d’un coronavirus. Ce n’est pas aussi dense qu’il pourrait l’être, mais les chercheurs explorent des moyens de compenser en empilant la mémoire en couches verticales, ce qui est possible grâce à la faible température de fabrication du super-réseau et aux techniques utilisées pour le créer.
« La température de fabrication est bien inférieure à ce dont vous avez besoin », a déclaré Pop. « Les gens parlent d’empiler la mémoire sur des milliers de couches pour augmenter la densité. Ce type de mémoire peut permettre une telle future superposition 3D.
Pop est membre de la Stanford SystemX Alliance et affilié au SLAC et au Precourt Institute for Energy. Wong est professeur de génie électrique, membre de Stanford Bio-X, du Wu Tsai Neurosciences Institute et affilié au Precourt Institute for Energy.
D’autres co-auteurs proviennent de Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, du National Institute of Standards and Technology, de Theiss Research Inc, de l’Université du Maryland et de l’Université de Tianjin.
Ce travail a été financé par la Stanford Non-Volatile Memory Technology Research Initiative, la Semiconductor Research Corporation, le Département américain du Commerce et le National Institute of Standards and Technology.
