斯坦福大学革命性的通用内存：快速、超高效内存矩阵的曙光

斯坦福大学的研究人员开发了一种新的相变存储器，可以帮助计算机更快、更高效地处理大量数据。

我们的任务是让我们的计算机处理越来越多的数据，以加快药物发现、改进天气和气候预测、训练人工智能等等。为了满足这一需求，我们需要比以往任何时候都更快、更节能的计算机内存。

内存技术创新

斯坦福大学的研究人员已经证明，一种新材料可以使相变存储器成为未来人工智能和以数据为中心的系统的改进选择，这种存储器依赖于在高电阻和低电阻状态之间切换来创建计算机数据的1和0。正如最近在Nature Communications上详细介绍的那样，他们的可扩展技术是快速，低功耗，稳定，持久的，并且可以在与商业制造兼容的温度下制造。

“我们不只是在单个指标上改进，例如耐力或速度;我们正在同时改进几个指标，“斯坦福大学Pease-Ye电气工程教授兼材料科学与工程教授Eric Pop说。“这是我们在这个领域建立的最现实、最行业友好的东西。我想把它看作是迈向普遍记忆的一步。

高电阻和低电阻状态下相变存储器件的横截面。底部电极的直径为 ~40 纳米。箭头标记了一些范德华 （vdW） 界面，这些界面在超晶格材料层之间形成。超晶格在高电阻态和低电阻态之间被破坏和重整。图片来源：由 Pop Lab 提供

提升计算效率

当今的计算机在不同的位置存储和处理数据。易失性存储器（速度很快，但在计算机关闭时会消失）处理处理，而非易失性存储器（速度不快，但可以在没有恒定功率输入的情况下保存信息）负责长期数据存储。在这两个位置之间转移信息可能会导致在处理器等待检索大量数据时出现瓶颈。

“来回穿梭数据需要花费大量精力，尤其是在当今的计算工作负载中，”该论文的共同主要作者、Pop和Philip Wong共同指导的博士生Xiangjin Wu说。“有了这种类型的内存，我们真的希望将内存和处理更紧密地结合在一起，最终集成到一个设备中，这样它就可以使用更少的能源和时间。

要实现有效的、商业上可行的通用存储器，能够在不牺牲其他指标的情况下实现长期存储和快速、低功耗处理，存在许多技术障碍，但Pop实验室开发的新相变存储器与迄今为止任何人在这项技术上所取得的成就一样接近。研究人员希望它能激发进一步的发展和采用，成为一种普遍的记忆。

GST467合金的承诺

内存依赖于 GST467，这是一种由四份锗、六份锑和七份碲组成的合金，由马里兰大学的合作者开发。Pop和他的同事们找到了将合金夹在超晶格中其他几种纳米薄材料之间的方法，这种层状结构以前曾用于实现良好的非易失性存储器结果。

“GST467的独特成分使其具有特别快的切换速度，”Asir Intisar Khan说，他在Pop的实验室获得了博士学位，并且是该论文的共同主要作者。“将其集成在纳米级器件的超晶格结构中可实现低开关能量，为我们提供良好的耐久性，非常好的稳定性，并使其具有非易失性 – 它可以保持其状态10年或更长时间。

设定新标准

GST467超晶格清除了几个重要的基准。相变记忆有时会随着时间的推移而漂移——基本上 1 和 0 的值会慢慢移动——但他们的测试表明这种记忆非常稳定。它还可在低于 1 伏的电压下运行，这是低功耗技术的目标，并且比典型的固态硬盘快得多。