Britanski istraživači osmislili su novi dizajn računalne memorije koji nudi značajna poboljšanja performansi i istovremeno smanji potrošnju energije u internetskim i komunikacijskim tehnologijama. Uređaj koji oponaša mogućnosti obrade podataka sinapsi u ljudskom mozgu osmislili su istraživači Sveučilišta u Cambridgeu. Njihova inovacija koristi hafnijev oksid (HfO2), materijal koji se već koristi u industriji poluvodiča, zajedno sa sitnim barijerama koje se mogu podići ili spustiti kako bi se olakšao prolaz elektrona.

Superiorna izvedba

Modulacija električnog otpora u memorijskim uređajima računala koja omogućava koegzistenciju obrade informacija i memorije mogla bi se iskoristiti za izradu memorijskih uređaja znatno veće gustoćom, superiorne izvedbom i smanjene potrošnje energije, dokazuju rezultati istraživanja objavljeni u časopisu Science Advances.

Eksponencijalni rast tehnologija koje se pokreću podacima rezultirao je neviđenim porastom energetskih potreba. 

"U velikoj se mjeri ovaj porast pripisuje ograničenjima trenutnih tehnologija računalne memorije. Tradicionalno računalstvo oslanja se na odvajanje memorije i obrade, zahtijevajući prijenos podataka naprijed-nazad između njih dvoje, što troši i energiju i vrijeme", objašnjava dr. Markus Hellenbrand s Odsjeka za znanost o materijalima i metalurgiju na Sveučilištu u Cambridgeu. 

Nova tehnologija

Mogući lijek za neučinkovitost računalne memorije leži u novoj tehnologiji nazvanoj resistive switching memory. Za razliku od konvencionalnih memorijskih uređaja koji rade u binarnim stanjima od jedan ili nula, otpornički sklopni memorijski uređaji imaju potencijal iskazivanja kontinuiranog raspona stanja. Iskorištavanjem ovog principa, računalni memorijski uređaji temeljeni na rezistivnom preklapanju mogu postići značajno veću gustoću i brzinu.

Prema Hellenbrandu, korištenje kontinuiranog raspona u standardnom USB sticku omogućilo bi pohranjivanje između deset i 100 puta više informacija u usporedbi s trenutnom tehnologijom.

Prototip uređaja počiva na korištenju hafnijevog oksida i originalnom rješenju kojim se otklanja problem ujednačenosti pri korištenju ovog materijala za potrebe rezistivne komutacijske memorije. Istraživači su u tanke slojeve hafnijevog oksida unijeli barij što je olakšalo prolaz elektrona, dok je okolni hafnijev oksid zadržao svoju nestrukturiranu prirodu. 

Održavanje višestrukih stanja

Ovo otkriće omogućuje materijalu održavanje višestrukih stanja, što ga razlikuje od konvencionalnih memorijskih tehnologija koje mogu primiti samo dva stanja. Uz to, ovi kompoziti hafnijevog oksida posjeduju jedinstvenu sposobnost samosklapanja na niskim temperaturama i pokazuju iznimne performanse i ujednačenost, što ih čini idealnim materijalom za izradu memorije.

"Materijal funkcionira slično sinapsama u ljudskom mozgu te posjeduje sposobnost pohranjivanja i obrade informacija na jedinstven način, slično funkcionalnosti našeg mozga pa bi se mogli primijeniti u umjetnoj inteligenciji i strojnom učenju", zaključuju istraživači s Cambridgea.