上海微系统所研制出可大幅提高电子存储器速度

【据《科技日报》 2007年09月21日报道】你是否想像过这种情景:在一个很小的内存器件中存储数百部高分辨率电影,并且不用等待数据缓冲就可以下载并播放它们;或者在无需将操作系统转移到有源内存的情况下,你的笔记本电脑在短短几秒钟内就可以启动? 美国宾夕法尼亚大学研究人员已开发出的一种新型纳米器件,也许能将这些想象变成现实。这种纳米器件能存储10万年的电脑数据,检索数据的速度比现有的,像闪存和微型硬盘之类的便携式存储设备快1000倍,而且比目前的内存技术更省电、存储空间更小。该校材料科学与工程系副教授阿格瓦尔及同事采用自组装工艺,用纳米金属催化剂作为媒介,使化学反应剂在低温下结晶,自发形成了直径为30—50纳米、长度为10微米的纳米线。这种纳米线是一种能在非晶和晶体结构间实现开关功能的相变材料,是对电脑内存进行读写的关键。 研究人员对最后定型的纳米线进行了测量,测量数据包括“写”电流幅值、在非晶和晶相之间开关的速度、长期稳定性以及数据保留的时间。测试结果显示,数据编码的功耗极低,数据写、擦除和检索的时间仅为50纳秒,比普通闪存快1000倍。而且这个器件甚至用上10万年也不会丢失数据,这就为实现万亿位的非易失性内存密度提供了可能。对非易失性内存应用来说,在电流感应相变系统中,原子级的纳米器件也许是最终的尺寸极限。 研究人员称,相变内存技术相较于闪存等其他内存技术具有读写快、稳定性高、构建简单的特点。通过常规光刻技术,在不破坏有效性能的情况下就能降低相变材料的尺寸。这种新型内存对消费者共享信息、传输数据甚至下载娱乐资料的方式将产生革命性的影响,消费者将能获取和存储“海量”的数据。

云顶彩票,【据《科技日报》 2007年09月20日报道】 你是否想像过这种情景:在一个很小的内存器件中存储数百部高分辨率电影,并且不用等待数据缓冲就可以下载并播放它们;或者在无需将操作系统转移到有源内存的情况下,你的笔记本电脑在短短几秒钟内就可以启动? 美国宾夕法尼亚大学研究人员已开发出的一种新型纳米器件,也许能将这些想象变成现实。这种纳米器件能存储10万年的电脑数据,检索数据的速度比现有的,像闪存和微型硬盘之类的便携式存储设备快1000倍,而且比目前的内存技术更省电、存储空间更小。 该校材料科学与工程系副教授阿格瓦尔及同事采用自组装工艺,用纳米金属催化剂作为媒介,使化学反应剂在低温下结晶,自发形成了直径为30—50纳米、长度为10微米的纳米线。这种纳米线是一种能在非晶和晶体结构间实现开关功能的相变材料,是对电脑内存进行读/写的关键。 研究人员对最后定型的纳米线进行了测量,测量数据包括“写”电流幅值、在非晶和晶相之间开关的速度、长期稳定性以及数据保留的时间。测试结果显示,数据编码的功耗极低,数据写、擦除和检索的时间仅为50纳秒,比普通闪存快1000倍。而且这个器件甚至用上10万年也不会丢失数据,这就为实现万亿位的非易失性内存密度提供了可能。对非易失性内存应用来说,在电流感应相变系统中,原子级的纳米器件也许是最终的尺寸极限。 研究人员称,相变内存技术相较于闪存等其他内存技术具有读/写快、稳定性高、构建简单的特点。通过常规光刻技术,在不破坏有效性能的情况下就能降低相变材料的尺寸。这种新型内存对消费者共享信息、传输数据甚至下载娱乐资料的方式将产生革命性的影响,消费者将能获取和存储“海量”的数据。

中国化工仪器网 技术前沿】11月9日,中科院上海微系统与信息技术研究所与中芯国际集成电路制造有限公司的科研人员在《科学》上发表题为《降低晶体成核的随机性以实现亚纳秒内存写入》的报告,展示了其开发的新PCRAM材料,可大幅提高电子存储器的速度。 PCRAM全称相变内存(Phase-Change Memory),是一种非易失性随机存取存储器 ,它存储信息的方式是通过脉冲电流和磁场开关让相变材料在晶体和非晶体间转换,以实现读、写、擦操作。由于改变的是材料的物理状态,即使断电信息位也能保留下来,因而同时具有DRAM内存的高速存取以及闪存断电后保留数据的特性,被视为下一代具潜力的内存和闪存技术之一,国际上相变内存的主要玩家有英特尔、三星和意法半导体等。 2002年,当时还在半导体薄膜国家工程技术研究中心工作的宋志棠就关注到了相变内存,因中国在主流的存储器技术中完全没有话语权,只能靠进口,如果能在相变内存上取得突破的话便能打破巨头们的垄断,为中国节省巨额外汇。遂投身其中,从课题组做起,寻找适宜用作相变内存的材料。 然而技术攻坚的难度并不只是解决理论问题,在发现锗、锑、碲合金的优良特性后,环顾偌大的中科院上海微系统所,竟然没有能将这种复合材料加工成纳米级器件的设备,之后研究就处于搁置状态。 一次偶然的机会让宋志棠与中芯国际搭上线,双方都有意研制中国自己的相变内存,便由双方共同出人出力,组建团队申报国家项目,搭建8-12英寸相变内存研发平台,并于2007年1月正式创立纳米半导体存储技术联合实验室。 2002-2006年间宋志棠及其团队才获得3项关于相变内存的,研发平台搭建好以后成果迎来爆发期,仅2008年一年就申请到了十余项。不过形势并不乐观,虽然确实取得了长足的进步,竞争对手三星却已经研发完成第三代相变内存设备,2009年6月时即已实现量产,两者之间存在着至少5年的差距。 这5年的差距能追上吗?老实说,不可能,怎么在钱、人、加工装备都更弱的情况下追赶巨头?中芯国际和微系统所比外人更清楚这一点,于是决定避开三星和英特尔已构建起高壁垒的非嵌入式芯片领域,着重研究中国国内市场需求更大,能用于手机等消费电子产品的嵌入式芯片。 2011年,在宋志棠团队研发的相变内存被媒体报道后,珠海艾派克微电子有限公司找上他们,主动为其资助每年上亿的研究经费。此后数年,宋等人通过性理论计算与分子动力学模拟,从众多过渡族元素中优选出钪作为掺杂元素,研发了擦写寿命达1000万次,操作时间低至700皮秒的存储器,相对于传统存储器,其数据搜索速度可提高19倍,在100兆大小的测试数据集上仅需1秒即可完成检索。 受困于落后的130纳米工艺,他们产品耗电量、容量依然弱于国外同类产品,但自主生产后起码拥有了一定的议价权,而且只要供货价格足够低,就能吸引不在意这些缺陷的买家,如打印机制造商。截止2017年6月,中芯国际的相变内存产品已售出1500万片以上,累计销售额过亿,据客户称,这些产品的出错概率低于1/1000。 考虑到十余年来连续不断的投入,中芯国际和微系统所都还要很长一段时间才能将成本赚回来。下一步团队将提升制程到40纳米,开发容量为64和128兆的存储芯片。 编辑点评 作为新型相变材料,钪与碲的化学键稳定,在非晶体到多晶体转化过程中,形成稳定的“八面体”基元,并迅速“成核”生长为多晶体,使存储功耗降低,存储速度提升。据悉,团队下一步准备将这种材料用于自主开发的64兆、128兆存储芯片上,验证其大容量、高速应用的可行性,这有望大幅提高缓存速度,为中国自主开发先进存储器铺平道路。 (原标题:中科院上海微系统所研制出新存储材料,是传统材料速度的19倍)

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