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 “通用存储”迈向超内存愿景

2020-02-04 16:06:32


近日,英国兰开斯特大学(Lancaster University)教授马努斯·海恩和他的团队发明了一种新型存储设备。这种存储设备可以改变计算机、智能手机和其他设备的工作方式。相关成果日前发表于电气与电子工程师学会(IEEE)旗下的《IEEE电子器件汇刊》。

存储器是微型计算机系统中用来存放程序和数据的基本单元或设备。存储器容量越大,能存放的信息就越多,计算机的能力也就越强。存储器作为计算机系统重要组成部分,争取更大的存储容量、获得更快的存取速度、减小存储器载体的体积等都是今后研究的重要方向。

目前,存储器主要分动态随机存取存储器和闪存两种,两者之间具有互补的关系。

动态随机存取存储器是一种被广泛应用的存储器,由一个晶体管和一个存储电容组成。它的优点在于速度快,主要用于主动(工作)存储器。但此类存储器也有缺点,最显著的就是易失性。这是因为它靠电路中栅极电容来储存信息,而电容器上的电有可能会泄漏,这意味着断电时信息会出现丢失问题,所以不能用于随时记录存储的数据,需要定时进行刷新。总的来说,动态随机存取存储器集成度较高,存取速度较低,一般用于需要较大存储容量的场合。

快闪存储器是一种不需要电力就能保存资料的可重写的记忆体,是非易失性的,可以随时随地存储数据,很方便,但是速度非常慢。它适合数据存储,但不能用于活动内存。市面上的存储卡、U盘、MP3播放器、数码照相机和部分手机都是使用快闪存储器。

这项新的研究展示了单个存储单元是如何以阵列的形式连接在一起形成随机存取存储器的。此外,研究人员预测,这种芯片至少能达到动态随机存取存储器相匹配的速度和性能,效率要高100倍,还具有非易失性的额外优势。

研究人员将这种新的非易失性随机存取存储器命名为超随机存取存储器,是所谓的“通用存储器”的一种有效实现。它结合了动态随机存取存储器和闪存的优点,而且几乎没有缺点。

马努斯·海恩表示:“这篇新论文中发表的研究成果代表了存储器领域一个重大进步,为超内存的实现提供了清晰的蓝图。

研究人员利用一种叫做共振隧穿的量子力学效应,解决了宇宙记忆的悖论。这种效应是利用一个小电压使得一种屏障从不透明转变为透明。

研究描述了这一过程的复杂模拟,并且提出了用于存储单元的读出机制,这种读出机制能够将逻辑状态之间的对比度提高许多数量级,从而允许单元以大阵列连接。研究还表明共振隧道屏障在不透明性和透明性之间急剧转变,这种转变促成了具有高比特密度的高度紧凑结构。

下一步,研究人员将针对工作存储器芯片的可制造性进行研究,包括器件阵列的制造、器件的缩放和硅的应用等。

来源:中国科学报

 

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