우리는 약물 발견 속도를 높이고, 날씨 및 기후 예측을 개선하고, 인공 지능을 훈련시키는 등 점점 더 많은 양의 데이터를 처리하도록 컴퓨터에 요청합니다. 이러한 요구를 충족하려면 이전보다 더 빠르고 에너지 효율적인 컴퓨터 메모리가 필요합니다. 이를 위해 스탠포드 대학교 연구진은 컴퓨터가 대량의 데이터를 더 빠르고 효율적으로 처리하는 데 도움이 되는 새로운 유형의 상변화 메모리를 개발했습니다.

메모리 기술의 혁신

스탠포드 대학 연구진은 새로운 물질이 높은 저항 상태와 낮은 저항 상태 사이를 전환하여 컴퓨터 데이터의 1과 0을 생성하는 상변화 메모리를 만들 수 있음을 입증했습니다. 이는 미래의 인공 지능 및 데이터 중심 시스템을 위한 향상된 옵션입니다. 최근 Nature Communications 저널에서는 빠르고 저전력이며 안정적이고 오래 지속되며 상업용 제조와 호환되는 온도에서 제조할 수 있는 확장 가능한 기술을 자세히 설명했습니다.

"우리는 지구력이나 속도와 같은 단일 지표를 향상시키는 것이 아니라 동시에 여러 지표를 개선하고 있습니다."라고 스탠포드의 Pease-Ye 전기 공학 교수이자 재료 과학 및 공학 석좌 교수인 Eric Pop은 말했습니다. "이것은 우리가 이 분야에서 구축한 것 중 가장 현실적이고 산업 친화적인 것입니다. 저는 이것이 보편적 메모리를 향한 한 단계라고 생각하고 싶습니다."

고저항 및 저저항 상태의 상변화 메모리 장치의 단면도. 하부 전극의 직경은 약 40나노미터이다. 화살표는 초격자 재료 층 사이에 형성된 반데르발스(vdW) 경계면 중 일부를 표시합니다. 초격자는 고저항 상태와 저저항 상태 사이에서 파괴되고 재구성됩니다. 출처 : 팝랩 제공

컴퓨팅 효율성 향상

오늘날의 컴퓨터는 다양한 위치에 데이터를 저장하고 처리합니다. 휘발성 메모리(빠르지만 컴퓨터를 종료하면 사라짐)는 데이터 처리를 담당하고, 비휘발성 메모리(빠르지는 않지만 지속적인 전원 입력 없이도 정보를 유지할 수 있음)는 데이터의 장기 저장을 담당합니다. 이 두 위치 간에 정보를 이동하면 프로세서가 대량의 데이터를 검색하기 위해 대기할 때 병목 현상이 발생합니다.

논문의 공동 제1저자이자 공과대학 Willard R. 및 Inez Kerr Bell 교수인 Pop과 Philip Wong이 공동 지도하는 박사 과정 후보자인 Xiangjin Wu는 다음과 같이 말했습니다. "데이터를 앞뒤로 차단하는 것은 특히 오늘날의 컴퓨팅 작업 부하에서 많은 에너지를 소비합니다. 이러한 종류의 메모리를 통해 우리는 메모리와 처리를 더욱 밀접하게 결합하고 궁극적으로 이를 단일 장치에 통합하여 에너지 소비와 시간을 줄일 수 있기를 희망합니다."

다른 측정 기준을 희생하지 않고 장기 저장과 빠른 저전력 처리를 모두 수행할 수 있는 효율적이고 상업적으로 실행 가능한 범용 메모리를 달성하는 데는 많은 기술적 장애물이 있지만 Pope 연구실에서 개발한 새로운 상변화 메모리는 지금까지 이 기술에 가장 근접한 것입니다. 연구자들은 이것이 이 보편적인 기억의 추가 개발과 채택에 영감을 주기를 희망합니다.

GST467 합금의 약속

메모리는 메릴랜드 대학 공동연구자들이 개발한 게르마늄 4부분, 안티몬 6부분, 텔루르 7부분으로 구성된 합금인 GST467을 사용합니다. Pop과 그의 동료들은 이전에 비휘발성 메모리에 좋은 효과를 내기 위해 사용했던 층 구조인 초격자에서 여러 다른 나노미터 두께의 재료 사이에 이 합금을 끼우는 방법을 찾았습니다.

Pop 연구실에서 박사 학위를 취득하고 논문의 공동 저자인 Asir Intisar Khan은 "GST467의 독특한 구성으로 인해 매우 빠르게 전환됩니다."라고 말했습니다. "나노 규모 장치의 초격자 구조에 이를 통합하면 낮은 스위칭 에너지가 가능하고 우수한 내구성과 매우 우수한 안정성을 제공하며 비휘발성으로 만들어 10년 이상 상태를 유지할 수 있습니다."

새로운 표준 설정

GST467 초격자는 몇 가지 중요한 벤치마크 테스트를 통과했습니다. 상변화 메모리는 때때로 시간이 지남에 따라 표류할 수 있으며 1과 0의 값이 천천히 이동하지만 테스트 결과 메모리가 매우 안정적인 것으로 나타났습니다. 또한 1V 미만(저전력 기술의 목표)에서 작동하며 일반 SSD보다 훨씬 빠릅니다.

"여러 가지 다른 유형의 비휘발성 메모리는 속도가 더 빠르지만 더 높은 전압에서 작동하고 더 많은 전력을 소비합니다"라고 Pop은 말했습니다. "이러한 모든 컴퓨팅 기술에는 속도와 에너지 소비 간의 균형이 필요합니다. 1V 미만의 전압에서 수십 나노초 내에 전환할 수 있다는 사실이 매우 중요합니다."

초격자는 또한 작은 공간에 많은 수의 메모리 셀을 수용할 수 있습니다. 연구진은 메모리 셀의 직경을 코로나바이러스 크기의 절반도 안 되는 40나노미터로 줄였습니다. 이러한 접근 방식은 초격자가 더 낮은 온도에서 만들어지고 고급 제조 기술을 사용하기 때문에 가능합니다. 제조 온도는 필요한 것보다 훨씬 낮습니다. 연구자들은 밀도를 높이기 위해 메모리를 수천 개의 층으로 쌓는 것에 대해 논의하고 있습니다. 이 메모리는 미래의 3D 레이어링을 가능하게 할 수 있습니다.

컴파일된 소스: ScitechDaily