Pramonės naujienos

Mažas, greitas ir labai energiją taupantis atminties įrenginys, įkvėptas ličio jonų baterijų

2022-04-18

Tokijo technologijos instituto



Tokijo technologijos instituto (Tokyo Tech) ir Tokijo universiteto (UTokyo) mokslininkai sukūrė naują trijų reikšmių atminties įrenginį, įkvėptą kietų ličio jonų baterijų. Siūlomas įrenginys, kurio energijos sąnaudos yra labai mažos, gali būti raktas kuriant efektyvesnius ir greitesnius laisvosios prieigos atminties (RAM) komponentus, kurie yra visur šiuolaikiniuose kompiuteriuose.

Beveik visiems skaitmeniniams įrenginiams, atliekantiems bet kokį informacijos apdorojimą, reikalinga greita atmintis, kuri gali laikinai saugoti atliktų operacijų įvestis, dalinius rezultatus ir išvestis. Kompiuteriuose ši atmintis vadinama dinamine laisvosios prieigos atmintimi arba DRAM. DRAM greitis yra svarbus ir gali turėti didelės įtakos bendram sistemos greičiui. Be to, atminties įrenginių energijos suvartojimo mažinimas pastaruoju metu tapo karšta tema, siekiant efektyviai naudoti kompiuteriją. Todėl daugelyje tyrimų buvo siekiama išbandyti naujas atminties technologijas, kurios pranoktų įprastinės DRAM našumą.

Pagrindiniai atminties lusto vienetai yra jo atminties ląstelės. Kiekviena ląstelė paprastai saugo vieną bitą, priimdama ir laikydama vieną iš dviejų galimų įtampos reikšmių, kurios atitinka išsaugotą nulio arba vieneto reikšmę. Atskiros ląstelės charakteristikos daugiausia lemia bendros atminties lusto veikimą. Paprastesni ir mažesni elementai, pasižymintys dideliu greičiu ir mažomis energijos sąnaudomis, būtų idealūs norint pakelti labai efektyvų skaičiavimą į kitą lygį.

Prof. Taro Hitosugi ir studento Yuki Watanabe vadovaujama „Tokyo Tech“ tyrimų grupė neseniai pasiekė naują šios srities etapą. Šie mokslininkai anksčiau buvo sukūrę naują atminties įrenginį, įkvėptą kietų ličio jonų baterijų dizaino. Jį sudarė trijų kietų sluoksnių, pagamintų iš ličio, ličio fosfato ir aukso, krūva. Šis krūvas iš esmės yra miniatiūrinė mažos talpos baterija, kuri veikia kaip atminties elementas; galima greitai perjungti įkrautą ir iškrautą būseną, kuri atspindi dvi galimas bito reikšmes. Tačiau auksas jungiasi su ličiu ir sudaro storą lydinio sluoksnį, kuris padidina energijos kiekį, reikalingą pereiti iš vienos būsenos į kitą.

Naujausiame tyrime mokslininkai sukūrė panašią trijų sluoksnių atminties ląstelę, naudodami nikelį, o ne auksą. Jie tikėjosi geresnių rezultatų naudojant nikelį, nes jis lengvai nesudaro lydinių su ličiu, o tai lemtų mažesnes energijos sąnaudas keičiant. Jų pagamintas atminties įrenginys buvo daug geresnis nei ankstesnis; jame iš tikrųjų gali būti trys įtampos būsenos, o ne dvi, tai reiškia, kad tai yra trijų reikšmių atminties įrenginys. „Šią sistemą galima žiūrėti kaip į itin mažos talpos plonasluoksnę ličio bateriją su trimis įkrovimo būsenomis“, – aiškina prof. Hitosugi. Tai labai įdomi funkcija, turinti galimų pranašumų naudojant trijų reikšmių atmintį, kuri gali būti efektyvesnė.

Tyrėjai taip pat nustatė, kad nikelis sudaro labai ploną nikelio oksido sluoksnį tarp Ni ir ličio fosfato sluoksnių (žr. 1 pav.), o šis oksido sluoksnis yra būtinas prietaiso perjungimui naudojant mažai energijos. Oksido sluoksnis yra daug plonesnis nei aukso ir ličio lydinių, susidariusių ankstesniame jų įrenginyje, o tai reiškia, kad šis naujas „mini baterijos“ elementas turi labai mažą talpą, todėl greitai ir lengvai perjungiamas iš vienos būsenos į kitą, taikant nedideles sroves. . „Ypač mažo energijos suvartojimo potencialas yra labiausiai pastebimas šio įrenginio pranašumas“, – pažymi prof. Hitosugi.

Padidėjęs greitis, mažesnės energijos sąnaudos ir mažesnis dydis yra pageidaujamos būsimų atminties įrenginių savybės. Šios tyrimų grupės sukurta atminties ląstelė yra daug žadantis žingsnis link daug efektyvesnio ir greitesnio skaičiavimo.