Ученые из США и Бельгии соперничают в производстве быстрой памяти
Новый тип оперативной памяти предложили ученые из США и Бельгии. Статья о новом изобретении была опубликована 8 февраля в журнале Института инженеров электротехники и электроники (IEEE).
Работа современных вычислительных систем связана с обработкой больших массивов информации. Для решения таких задач очень важна возможность быстрого чтения и записи данных. Идеально, когда память можно расположить непосредственно рядом с процессором. Но в настоящий момент в непосредственной близости от процессора могут работать только кэши небольшого объема. Две группы ученых из Бельгии и США представили революционное решение на международной конференции по электронным устройствам в декабре 2020 года. Примечательно, что коллективы работали независимо друг от друга.
Классическая оперативная память с произвольным доступом строится на основе конденсатора и управляющего транзистора (1T1C). Конденсатор может быть заряжен или разряжен, то есть может хранить один бит информации (0 или 1). Система должна расходовать энергию не только на запись данных, но и на чтение, так как в результате чтения конденсатор теряет часть заряда, и его нужно восполнить. Помимо этого память требуется регенерировать независимо от выполнения каких-либо операций с периодичностью около 64 мс.
Новое решение обладает гораздо большей энергоэффективностью. Ученые Университета Нотр-Дам и Технологического института Рочестера построили схему без использования конденсаторов на двух транзисторах, один из которых является управляющим (2T0C). Для чтения данных достаточно проверить, идет ли ток через второй транзистор. При этом чтение может быть выполнено несколько раз без необходимости восстанавливать заряд в ячейке памяти.
Главное преимущество нового изобретения — потенциально большая компактность и работа при относительно низких температурах. Это позволит разместить новую память непосредственно рядом с процессором и предоставить для информационной системы хранилище с минимальным временем доступа и широкой пропускной способностью.
По словам ученых, главным вызовом для разработчиков является поиск подходящих материалов для изготовления модулей памяти. Американские ученые использовали полупроводники из оксида индия, легированного вольфрамом (IWO). Их коллеги из бельгийского центра Imec изготовили свой прототип на основе комбинации оксида индия, галлия и цинка, использованной ранне в некоторых дисплеях для управления пикселями. Использование новейших материалов позволяет снизить утечки токов на два-три порядка по сравнению с кремниевыми аналогами.
Новые прототипы приближаются по своим характеристикам к энергонезависимой памяти. Они способны удерживать заряд до 500 секунд без регенерации. В будущем ученые надеются довести эти показатели до нескольких часов и более.
