中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：英國(guó)劍橋大學(xué)、新加坡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)研究所與新加坡技術(shù)和設(shè)計(jì)大學(xué)的科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，用可以在不同電狀態(tài)間快速來(lái)回切換的相變材料替代硅，他們有望研制出信息處理速度快1000倍且更小、更環(huán)保的計(jì)算機(jī)。研究發(fā)表在最新一期的美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上。
據(jù)美國(guó)《大眾科學(xué)》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，研究人員表示，這種基于硫化物玻璃的“相變材料（PCMs）”能在十億分之一秒（0.5納秒）內(nèi)，在合適的電脈沖下，在晶體和導(dǎo)電狀態(tài)與玻璃和絕緣狀態(tài)之間，可逆地快速切換。在由這種材料制成的非易失性存儲(chǔ)器單元內(nèi)，邏輯操作和存儲(chǔ)可在同一處進(jìn)行，從而節(jié)省時(shí)間和能源；而在硅基計(jì)算機(jī)內(nèi)，邏輯操作和存儲(chǔ)在不同的地方進(jìn)行。
目前，在大多數(shù)計(jì)算機(jī)、手機(jī)和平板電腦內(nèi)，計(jì)算都由硅基邏輯設(shè)備進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果也由硅制成的固態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。以前，增加計(jì)算能力的主要方法是通過(guò)減少邏輯設(shè)備的大小來(lái)增加其數(shù)量，但這種方法很快會(huì)行不通，因?yàn)槟壳白钚〉墓杌壿嫼痛鎯?chǔ)設(shè)備約為20納米，而且采用層級(jí)架構(gòu)構(gòu)造而成。為了增加芯片上設(shè)備的數(shù)量，這些設(shè)備被制造得越來(lái)越小，層與層之間的縫隙也變得越來(lái)越小，可能會(huì)使存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備某些區(qū)域內(nèi)的電子從縫隙中逃走，導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失。而由相變材料制成的設(shè)備能克服這種限制，因?yàn)槠湟驯蛔C明能小到2納米。
因此，為了在不增加邏輯設(shè)備數(shù)量的情況下提高處理速度，替代方法是增加每個(gè)設(shè)備能執(zhí)行的計(jì)算數(shù)量，用硅根本無(wú)法做到這一點(diǎn)，而研究人員已經(jīng)證明，相變材料邏輯/存儲(chǔ)設(shè)備可以做到這一點(diǎn)。
相變材料首次于上世紀(jì)60年代研制而成，最初被用于光存儲(chǔ)設(shè)備（比如可重寫(xiě)的DVD等）內(nèi)，現(xiàn)在主要用于電存儲(chǔ)領(lǐng)域且在某些智能手機(jī)內(nèi)替代硅基閃存。盡管已被證明能執(zhí)行邏輯計(jì)算，但這種相變材料也有缺陷：目前，它們的運(yùn)算速度無(wú)法與硅相比，而且在初始的非結(jié)晶狀態(tài)下不穩(wěn)定。不過(guò)，研究人員在最新研究中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)執(zhí)行可逆的邏輯操作過(guò)程——從晶體狀態(tài)開(kāi)始，接著在單元內(nèi)融化這種相變材料，再到執(zhí)行邏輯操作，這種材料不僅可以變得更穩(wěn)定而且能更快地執(zhí)行操作。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、劍橋大學(xué)化學(xué)學(xué)院的斯蒂芬·艾略特說(shuō)：“我們希望用由相變材料制成的非易失性設(shè)備替代需要不斷刷新而耗能費(fèi)時(shí)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）和邏輯處理器，最終研制出運(yùn)行速度更快且更環(huán)保的計(jì)算機(jī)。”
