تقاضای فزاینده ما برای انرژی در دنیایی که توسط داده ها هدایت می شود به یک نگرانی مبرم تبدیل شده است.
به گزارش تکناک، پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که فناوری‌های اینترنت و ارتباطات می‌توانند نزدیک به یک سوم برق جهان را در دهه آینده مصرف کنند.
با این حال، محققان دانشگاه کمبریج اخیراً به کشفی دست یافته اند که می تواند حافظه کامپیوتر را با افزایش کارایی و عملکرد متحول کند.
طراحی نوآورانه آنها که از سیناپس های مغز انسان الهام گرفته شده است، این پتانسیل را دارد که چشم انداز محاسبات را تغییر دهد.
دکتر مارکوس هلن برند، نویسنده اول مطالعه انجام شده در دپارتمان علم مواد و متالورژی کمبریج، محدودیت‌های فناوری‌های حافظه کامپیوتر موجود را توضیح داد.
او به انرژی و زمان تلف شده در انتقال داده ها بین حافظه های جداگانه و واحدهای پردازش اشاره کرد. این چیدمان سنتی به رشد انفجاری در تقاضای انرژی دامن زده است و از تلاش‌های ما برای کاهش انتشار کربن جلوگیری می‌کند.
برای غلبه بر این چالش، محققان به یک فناوری جدید امیدوارکننده به نام حافظه سوئیچینگ مقاومتی روی آوردند. برخلاف دستگاه‌های حافظه معمولی که فقط می‌توانند دو حالت (یک یا صفر) را نشان دهند، دستگاه‌های حافظه سوئیچینگ مقاومتی این پتانسیل را دارند که محدوده‌ای از حالت‌ها را نشان دهند. این امکانات را برای دستاورد اخیر تصور کنید: حافظه کامپیوتر با چگالی بیشتر، عملکرد بالاتر و مصرف انرژی به طور قابل توجهی کمتر.
دکتر هلن برند با استفاده از یک USB معمولی به عنوان مثال توضیح بیشتری داد. او توضیح داد که یک USB حافظه سوئیچینگ مقاومتی می تواند بین ده تا 100 برابر بیشتر از فناوری فعلی اطلاعات را در خود نگه دارد. با توجه به جامعه تشنه داده ما و رشد تصاعدی هوش مصنوعی، الگوریتم ها و استفاده از اینترنت، مزایای بالقوه آن بسیار زیاد است.
محققان بر روی اکسید هافنیوم، یک ماده عایق که معمولا در صنعت نیمه هادی استفاده می شود، تمرکز کردند. با این حال، یک مانع مهم وجود داشت: اکسید هافنیوم فاقد ساختار در سطح اتم، است و این موضوع آن را برای کاربردهای حافظه نامناسب می کند. اما این تیم با وارد کردن باریم به لایه‌های نازک اکسید هافنیوم راه‌حلی مبتکرانه پیدا کردند که منجر به تشکیل ساختارهای منحصربه‌فردی در مواد کامپوزیت شد.
این ساختارهای جدید که به عنوان “پل های عمودی غنی از باریم” شناخته می شوند، به الکترون ها اجازه عبور می دهند در حالی که اکسید هافنیوم اطراف بدون ساختار باقی می ماند. در نقاطی که این پل ها با ارتباطات دستگاه برخورد می کردند، یک مانع انرژی قابل تنظیم ایجاد می شود. این مانع بر مقاومت الکتریکی ماده کامپوزیت تأثیر می‌گذارد و حالت‌های متعددی را در آن می‌سازد.
پیشرفت اکسید هافنیوم
یکی از جنبه های قابل توجه این پیشرفت این است که کامپوزیت های اکسید هافنیوم بر خلاف سایر مواد کامپوزیتی که به روش های گران قیمت تولید در دمای بالا نیاز دارند، در دماهای پایین خود مونتاژ می شوند.
این ماده کامپوزیت نه تنها عملکرد و یکنواختی استثنایی از خود نشان داد، بلکه پتانسیل شبیه‌سازی عملکرد سیناپس‌ها در مغز انسان را نیز نشان داد.
دکتر هلن برند هیجان خود را ابراز کرد و اظهار داشت که این مواد می توانند مانند مغز ما اطلاعات را در یک مکان ذخیره و پردازش کنند. این ویژگی آنها را برای زمینه‌های در حال رشد سریع هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی بسیار امیدوارکننده می‌سازد.
تیم تحقیقاتی ثبت اختراع این فناوری را از طریق کمبریج انترپرایز، بازوی تجاری سازی دانشگاه به ثبت رسانده است. آنها اکنون در حال همکاری با شرکای صنعتی برای انجام مطالعات امکان سنجی بزرگتر و به دست آوردن درک عمیق تر از نحوه شکل گیری این ساختارهای با عملکرد بالا هستند. از آنجایی که اکسید هافنیوم در حال حاضر در صنعت نیمه هادی استفاده می شود، ادغام آن در فرآیندهای تولید فعلی نباید چالش های مهمی ایجاد کند.
پیامدهای این تحقیق گسترده است و نور امیدی را در تلاش ما برای محاسبات با انرژی کارآمدتر و با کارایی بالا ارائه می دهد. این پیشرفت می‌تواند با رفع نواقص فناوری‌های حافظه رایانه‌ای فعلی، به کاهش تقاضای انرژی روزافزون در دنیای داده‌محور ما کمک کند.
