Инженеры из Университета штата Иллинойс разработали технологию создания энергонезависимой памяти со сверхмалым энергопотреблением. Портативные устройства, снабженные такой памятью, смогут работать без перезарядки в течение нескольких недель или даже месяцев.
Результаты исследований, проведенных коллективом под руководством старшего преподавателя Эрика Попа, опубликованы в журнале Science Express.
Пока ученым удается хранить лишь несколько сотен битов данных, но со временем они надеются создать большие совместно работающие битовые массивы.
Кроме того, исследователи намерены разработать многоразрядную память, которая по плотности размещения данных не будет отличаться от современных твердотельных дисков на основе флэш-памяти NAND с многоуровневыми ячейками.
.jpg) |
| Компания Numonyx приступила в прошлом году к производству микросхем PCM Omneo емкостью 128 Мбит. Фото: Numonyx |
Исследования базируются на технологии, известной как память произвольного доступа с изменением фазового состояния, или просто память с изменением фазового состояния (Phase Change Memory, PCM). Но вместо металлических проводников в качестве резисторов ученые решили задействовать углеродные нанотрубки, которые в 10 тыс. раз тоньше человеческого волоса и требуют гораздо меньше энергии по сравнению со стандартной технологией PCM.
Продукты по технологии PCM выпускают сегодня всего несколько производителей, и в массовую она пока не превратились. Микросхемы PCM поставляют Intel, STMicroelectronics и компания Numonyx, приступившая в прошлом году к производству микросхем PCM Omneo емкостью 128 Мбит. Корпорация Samsung в прошлом году анонсировала микросхему оперативной памяти PCM емкостью 512 Мбит, предназначенную для использования в мобильных устройствах.
При изготовлении памяти PCM используются халькогениды – стеклоподобные вещества, в состав которых входят полупроводники — сера, селен или теллур. Под воздействием небольшого электрического напряжения полупроводники приобретают другие физические свойства, изменяя расположение своих атомов и переходя из кристаллического состояния в аморфное. В зависимости от текущего состояния меняется и электрическое сопротивление вещества, которое легко измерить. Это превращает халькогенид в идеальный материал для хранения данных.
Инженеры из Университета штата Иллинойс рассказали, что для формирования одного бита данных крошечный кусочек памяти PCM размещается в середине углеродной нанотрубки шириной 10 нм. Перевод бита во «включенное" и «выключенное» состояния осуществляется путем пропускания через нанотрубку небольшого электрического тока.
Утверждается, что такая технология обеспечивает более высокую производительность по сравнению с традиционной памятью PCM и потребляет в 100 раз меньше энергии.
В настоящее время инженеры продолжают искать пути дальнейшего снижения энергопотребления и повышения эффективности использования энергии.
"Несмотря на то что нам удалось улучшить технологию примерно в 100 раз, ее физический предел пока не достигнут, – заявил Поп. – Физические ограничения еще даже не оценивались. Думаю, что нам удастся сократить энергопотребление по крайней мере в 10 раз».
Применение памяти PCM на основе углеродных нанотрубок позволит вывести энергопотребление мобильных устройств на такой уровень, при котором смартфон сможет очень долго работать от маленькой батарейки. Возможно, батареи даже вообще не потребуется – устройства будут функционировать за счет тепловой, механической или солнечной энергии.
"Думаю, что любой пользователь, вынужденный сегодня иметь дело с массой зарядных устройств и каждый вечер подключать их к розетке, по достоинству оценит сотовый телефон или портативный компьютер, который способен на протяжении нескольких недель или даже месяцев работать без подзарядки", – заметил Поп.
Исследователи указали, что в настоящее время главным потребителем энергии в смартфоне или ультрапортативном компьютере является экран, однако все больше энергии уходит и на подпитку памяти.
"Всякий раз, когда вы запускаете приложение, воспроизводите файл MP3 или просматриваете потоковое видео, устройство потребляет энергию батареи, – констатировал один из соавторов исследовательского отчета Альберт Ляо. – При выборке данных нагрузка на память и процессор довольно велика. А люди все чаще используют свои смартфоны не в качестве телефона, а в качестве компьютера, поэтому повышение эффективности операций выборки данных приобретает очень важное значение».
По словам ученых, применение памяти PCM на основе нанотрубок позволит сократить энергопотребление любого устройства, работающего от батареи, в том числе спутникового и телекоммуникационного оборудования, а также приборов научного и военного назначения.