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日本新型存儲材料，能將功耗降低99%

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日本新型存儲材料，能將功耗降低99%

來源:日經(jīng)


       據(jù)日經(jīng)報道，日本東北大學的助教山本卓也等人的研究團隊開發(fā)出了利用人工智能（AI）探索適合相變記憶體（PCRAM）的材料的方式。相變記憶體作為新一代半導體存儲芯片而受到期待。通過將計算機模擬和AI結(jié)合起來，可將耗電量降至此前的100分之1以下。隨著弄清適合新一代記憶體的特性，探索候選材料將變得容易。
　　
　　記憶卡用于SD卡和U盤等，但寫入速度慢等成為課題，作為新一代記憶體，PCRAM受到期待。美國英特爾等已實現(xiàn)PCRAM的實用化，但微細化技術(shù)存在課題。與其他新一代記憶體相比，耗電量也更大，并未像記憶卡那樣普及，需要探索提升性能的PCRAM材料。
　　
　　山本卓也助教等人針對50種條件，借助模擬使導熱率和電導率等9項特性實現(xiàn)數(shù)值化。利用AI計算出作為材料的最佳特性。如果具備這種特性，與現(xiàn)在已實用化的PCRAM的材料相比，耗電量將降至100分之1。
　　
　　據(jù)稱此次的方式不僅可用于半導體材料，還有望應用于電子元器件的最佳結(jié)構(gòu)的探索等。
　　
　　讓人著迷的相變存儲技術(shù)
　　
　　相變存儲器（PCM）是一種非易失存儲設(shè)備，它利用材料的可逆轉(zhuǎn)的相變來存儲信息。同一物質(zhì)可以在諸如固體、液體、氣體、冷凝物和等離子體等狀態(tài)下存在，這些狀態(tài)都稱為相。相變存儲器便是利用特殊材料在不同相間的電阻差異進行工作的。
　　
　　相變存儲器利用的是兩相間的阻抗差。由電流注入產(chǎn)生的劇烈的熱量可以引發(fā)材料的相變。相變后的材料性質(zhì)由注入的電流、電壓及操作時間決定。基本相變存儲器存儲原理如圖所示。如左圖所示，一層硫?qū)倩飱A在頂端電極與底端電極之間。底端電極延伸出的加熱電阻接觸硫?qū)倩飳印ｋ娏髯⑷爰訜犭娮枧c硫?qū)倩飳拥倪B接點后產(chǎn)生的焦耳熱引起相變。右圖為此構(gòu)想的實際操作，在晶體結(jié)構(gòu)硫?qū)倩飳又挟a(chǎn)生了無定形相的區(qū)域。由于反射率的差異，無定形相區(qū)域呈現(xiàn)如蘑菇菌蓋的形狀。
　　
　　回顧這個技術(shù)的發(fā)展歷史，則是一個偶然。
　　
　　二十世紀五十年代至六十年代，Dr.StanfordOvshinsky開始研究無定形物質(zhì)的性質(zhì)。無定形物質(zhì)是一類沒有表現(xiàn)出確定、有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。1968年，他發(fā)現(xiàn)某些玻璃在變相時存在可逆的電阻系數(shù)變化。1969年，他又發(fā)現(xiàn)激光在光學存儲介質(zhì)中的反射率會發(fā)生響應的變化。1970年，他與他的妻子Dr.IrisOvshinsky共同建立的能量轉(zhuǎn)換裝置（ECD）公司，發(fā)布了他們與Intel的GordonMoore合作的結(jié)果。1970年9月28日在Electronics發(fā)布的這一篇文章描述了世界上第一個256位半導體相變存儲器。
　　
　　近30年后，能量轉(zhuǎn)換裝置（ECD）公司與MicronTechnology前副主席TylerLowery建立了新的子公司Ovonyx。在2000年2月，Intel與Ovonyx發(fā)表了合作與許可協(xié)議，此份協(xié)議是現(xiàn)代PCM研究與發(fā)展的開端。2000年12月，STMicroelectronics（ST）也與Ovonyx開始合作。至2003年，以上三家公司將力量集中，避免重復進行基礎(chǔ)的、競爭的研究與發(fā)展，避免重復進行延伸領(lǐng)域的研究，以加快此項技術(shù)的進展。2005年，ST與Intel發(fā)表了它們建立新的閃存公司的意圖，新公司名為Numonyx。
　　
　　在1970年第一份產(chǎn)品問世以后的幾年中，半導體制作工藝有了很大的進展，這促進了半導體相變存儲器的發(fā)展。同時期，相變材料也愈加完善以滿足在可重復寫入的CD與DVD中的大量使用。Intel開發(fā)的相變存儲器使用了硫?qū)倩铮–halcogenides），這類材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。Numonyx的相變存儲器使用一種含鍺、銻、碲的合成材料（Ge2Sb2Te5），多被稱為GST。現(xiàn)今大多數(shù)公司在研究和發(fā)展相變存儲器時都都使用GST或近似的相關(guān)合成材料。今天，大部分DVD-RAM都是使用與Numonyx相變存儲器使用的相同的材料。
　　
　　相變存儲器兼有NOR-typeflash、memoryNAND-typeflashmemory和RAM或EEpROM相關(guān)的屬性。再加上他的存在，可以改變以前處理器和內(nèi)存的信息傳輸架構(gòu)，因此在現(xiàn)在倍受歡迎。
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