Candidato a memória universal é rápido, estável e gasta pouca energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/01/2024

A "memória-sanduíche" superou todos os demais candidatos em uma série de métricas.
[Imagem: Xiangjin Wu et al. - 10.1038/s41467-023-42792-4]

Memória de mudança de fase

As memórias de mudança de fase, ou PCM (Phase-Change Memory), estão entre as mais promissoras para os computadores do futuro porque elas não são apenas mais rápidas e mais energeticamente eficientes: Elas podem ser usadas em arquiteturas neuromórficas, que imitam o cérebro humano para acelerar a inteligência artificial.

Agora, pesquisadores da Universidade de Stanford, nos EUA, demonstraram que um novo material pode tornar a memória de mudança de fase - que depende da alternância entre estados de alta e baixa resistência para criar os 0s e 1s dos computadores - uma opção ainda melhor para futuros sistemas centrados em dados e IA.

O novo material gerou uma memória rápida, de baixo consumo de energia, estável, com alta durabilidade e que pode ser fabricada em temperaturas compatíveis com a fabricação comercial.

"Não estamos melhorando apenas uma única métrica, como resistência ou velocidade; estamos melhorando várias métricas simultaneamente," disse o professor Eric Pop. "Esta é a coisa mais realista e industrialmente amigável que já construímos nesta esfera. Eu gostaria de pensar nisso como um passo em direção a uma memória universal."

Superrede atômica

A nova memória foi baseada em um composto que a equipe chama de GST467, uma liga de quatro partes de germânio (Ge), seis partes de antimônio (Sb) e sete partes de telúrio (Te) - o nome é apenas uma notação simplificada para a liga, cuja fórmula química é Ge₄Sb₆Te₇.

A equipe encontrou um jeito de colocar essa liga entre vários outros materiais com espessura nanométrica, de modo a formar uma superrede - superredes são padrões organizados e muito densos formados por diferentes elementos químicos, um diamante de ouro, por exemplo, em contraposição à rede atômica de um cristal, formada por um único elemento.

"A composição única da GST467 proporciona uma velocidade de comutação particularmente rápida," disse o pesquisador Asir Khan. "Integrá-la na estrutura da superrede em dispositivos em nanoescala permite baixa energia de comutação, dá-nos boa resistência, estabilidade muito boa e torna-a não volátil - ela pode manter o seu estado durante 10 anos ou mais."

Estrutura da memória de mudança de fase.
[Imagem: Xiangjin Wu et al. - 10.1038/s41467-023-42792-4]

Superando a concorrência

A superrede GST467 supera várias marcas de referência importantes na área. As memórias de mudança de fase pode "derivar" com o tempo - essencialmente, o valor dos 0s e 1s podem mudar lentamente - mas os testes mostram que esta memória é extremamente estável. Ela também opera abaixo de 1 volt, que é o objetivo da tecnologia de baixo consumo de energia, e é significativamente mais rápida do que uma unidade de estado sólido típica.

A superrede também agrupa uma quantidade razoável de células de memória em um pequeno espaço. Os pesquisadores miniaturizaram seus protótipos para 40 nanômetros de diâmetro. Isso não é tão denso quanto poderia ser, mas a equipe já está trabalhando em maneiras de compensar esse tamanho empilhando a memória em camadas verticais, o que é possível graças à baixa temperatura de fabricação da superrede e às técnicas usadas para criá-la.

"Alguns outros tipos de memória de mudança de fase podem ser um pouco mais rápidos, mas operam em tensões mais altas," disse Pop. "Com todas essas tecnologias de computação, existem compensações entre velocidade e energia. O fato de estarmos chaveando em algumas dezenas de nanossegundos enquanto operamos abaixo de um volt é um grande feito."

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