类似电池的计算机内存在 1,000°F 以上仍能正常工作

Josiah02

未来有一天，密歇根大学领导的工程师团队将利用一种新型固态存储设备，让计算机内存能够承受聚变反应堆、喷气发动机、地热井和炎热星球上的高温。
与传统的硅基存储器不同，新设备可以在 1,100°F (600°C) 以上的温度下存储和重写信息，该温度高于金星表面和铅的熔点。它是与桑迪亚国家实验室的研究人员合作开发的。
材料科学与工程系助理教授、今天在《设备》杂志上发表的研究的高级通讯作者李一阳说：“它可以让以前不存在的用于高温应用的电子设备成为可能。”
“到目前为止，我们已经制造出一个可以存储 1 比特的设备，与其他高温计算机内存演示相当，”李说。“随着更多的开发和投资，理论上它可以存储兆字节或千兆字节的数据。”
然而，对于那些并非一直处于极端温度的设备来说，也存在一个问题：只有在 500°F (250°C) 以上才能在设备上写入新信息。不过，研究人员建议，加热器可以解决必须在较低温度下工作的设备的问题。
这种耐热存储器的工作原理是移动带负电的氧原子，而不是电子。当加热到 300°F (150°C) 以上时，传统的硅基半导体会开始传导不可控的电流。由于电子产品是按照特定的电流水平精确制造的，高温会抹去设备内存中的信息。但研究人员设备内的氧离子不会受到高温的干扰。
它们通过固体电解质在存储器的两层（半导体氧化钽和金属钽）之间移动，固体电解质起到屏障的作用，阻止其他电荷在两层之间移动。氧离子由一系列三个铂电极引导，这些电极控制氧气是被吸入氧​​化钽还是被推出。整个过程类似于电池的充电和放电方式；然而，这种电化学过程不是用来储存能量，而是用来储存信息。
一旦氧原子离开氧化钽层，就会留下一小块金属钽区域。与此同时，氧化钽层同样覆盖在屏障另一侧的钽金属层上。钽和氧化钽层不会混合，就像油和水一样，因此这些新层在电压切换之前不会恢复到原始状态。
根据氧化钽中的氧含量，它可以充当绝缘体或导体，从而使材料能够在代表数字 0 和 1 的两种不同电压状态之间切换。更精细地控制氧梯度可以实现内存内部计算，具有 100 多个电阻状态，而不是简单的二进制。这种方法有助于降低电力需求。
桑迪亚国家实验室化学、燃烧和材料科学部高级科学家、该研究的共同作者亚历克·塔林 (Alec Talin) 表示：“人们对使用人工智能来改善这些极端环境下的监测很感兴趣，但它们需要运行功率很大的强大处理器芯片，而且许多极端环境的功率预算也很严格。”
塔林说：“内存计算芯片可以在数据到达人工智能芯片之前帮助处理部分数据，从而降低设备的整体功耗。”
信息状态可以在 1,100°F 以上的温度下保存超过 24 小时。虽然这种耐热性水平与其他用于可重写高温存储器的材料相当，但新设备还有其他优势。它可以在比一些领先的替代方案（即铁电存储器和多晶铂电极纳米间隙）更低的电压下运行，并且可以为内存计算提供更多模拟状态。