Получение тепла на хранении данных: устройство памяти позволяет обучать ИИ в экстремальных средах

Иллюстрации устройства Ferrodiode.A-D, схема (A), изображение высоты AFM со средней квадратной (среднеквадратичной) шероховатостью (B), оптическим микроскопическим изображением верхней поверхности (C) и изображением ПЭМ поперечного сечения (D) Ni/Al0.68sc0.32n/pt (111) MIM Device.Кредит: Природа Электроника (2024).Doi: 10.1038/s41928-024-01148-6

Когда температура поднимается, электроны, которые хранят данные, становятся нестабильными и начинают убежать, что приводит к отказу устройства и потере информации.Но что, если гаджеты могут выдержать не только жаркий летний день, но и жгучие условия реактивного двигателя или резкую поверхность Венеры?

В статье, опубликованной в журнале Nature Electronics, Deep Jariwala и Roy Olsson из Университета Пенсильвании и их команд в Школе инженерии и прикладной науки, продемонстрировали технологию памяти, способную выдержать температуру до 600 ° Celsius - больше, чем дважды терпимость.Из любых коммерческих дисков на рынке - и эти характеристики сохранялись в течение более 60 часов, что указывает на исключительную стабильность и надежность.

Выводы команды не только прокладывают путь к лучшим датчикам для инструментов, которые необходимо работать в экстремальных средах, но и открывают дверь для систем искусственного интеллекта, а также для вычислений с тяжелыми данными в суровых условиях.

«От глубокоземного бурения до исследования космоса наши высокотемпературные устройства памяти могут привести к расширенным вычислениям, когда другие устройства электроники и памяти будут колебаться»,-говорит Джаривала.«Речь идет не только о улучшении устройств; речь идет о включении новых границ в области науки и техники».

Команда разработала устройство, которое классифицируется как нелетущее, что означает, что оно сохраняет информацию, хранящуюся на нем, без необходимости активного источника питания, подобная которой используется ежедневно в потребительской электронике в любом устройстве с жестким диском или флэш-накопителями.Тем не менее, в отличие от других традиционных устройств флеш-привода на основе кремния, которые начинают снимать примерно 200 ° Celsius (392 ° Fahrenheit), исследователи разработали их, используя материал, известный как сегнетоэлектрический алюминиевый нитрид скандала (ALSCN).

Исследователи объясняют, что ALSCN дает выгоду для хранения благодаря своей способности сохранять заданное состояние электрического состояния - «на» или «выключение», представляющее 1 и 0 цифровых данных - после удаления внешнего электрического поля и значительно вышетемпература, среди других желательных свойств.

«Кристаллическая структура ALSCN также дает ей, особенно более стабильные и прочные связи между атомами, что означает, что она не только устойчива к тепло, но и довольно долговечему»,-говорит Дхирен Прадхан, первый автор газеты и постдокторский исследователь в лаборатории Jariwala и Olsson.

«Но, что более примечательно, конструкция и свойства устройства памяти позволяют быстро переключаться между электрическими состояниями, что имеет решающее значение для написания и чтения данных на высокой скорости».

Устройство памяти состоит из металлической структуры -металла, включающей никелевые и платиновые электроды с тонким (45 нанометрами) слоем ALSCN, и толщина является ключевым фактором, здесь, по словам Джаривала, потому что при повышенных температурах частиц движутся более беспорядочно.

«Если он слишком тонкий, повышенная активность может стимулировать диффузию и разламать материал. Если слишком толстый, то есть сегнетоэлектрическое переключение, которое мы искали, так как переключающие напряжения с толщиной и существует ограничение в практических условиях.Итак, моя лаборатория и лаборатория Роя Олссона в течение нескольких месяцев работали, чтобы найти эту толщину Златовласка », - говорит он.

Эта структурная конфигурация также обеспечивает совместимость с высокотемпературными устройствами карбида кремния кремния, позволяя устройству памяти команды функционировать в сочетании с высокопроизводительными вычислительными системами, предназначенными для экстремальных температур.

Помимо создания надежного устройства для хранения для наземного и внеземного разведки, Jariwala и Team также видят потенциал этой новой технологии, позволяющей обеспечить более сложные формы вычислений в экстремальных средах.

Jariwala объясняет, что их устройство также может рассмотреть критический разрыв в текущих вычислительных архитектурах, где разделение центральной обработки и память создает неэффективность, в том, что данные должны проходить между этими компонентами, вызывая узкие места, особенно критические в приложениях искусственного интеллекта, которые обрабатывают огромные количестваданные быстро.

«Обычным устройствам, использующим небольшие кремниевые транзисторы, трудно работать в высокотемпературных условиях, ограничение, которое ограничивает кремниевые процессоры, поэтому вместо этого используется карбид кремния»,-говорит он.

«Хотя технология карбида кремния великолепна, она далеко не близка к мощности обработки кремниевых процессоров, поэтому передовая обработка и с большими данными вычисления, такие как ИИ, не могут быть сделаны в высокотемпературных или в каких-либо суровых условиях.

«Стабильность нашего устройства памяти может позволить интеграции памяти и обработки более близко друг к другу, повышая скорость, сложность и эффективность вычислений. Мы называем этот« вычислительный вычисление с улучшением памяти »и работаем с другими командами, чтобы подготовить почву для искусственного интеллекта вНовые среды “.

Больше информации: Dhiren K. Pradhan et al., Масштабируемая сегнетоэлектрическая нелетуальная память, работающая при 600 ° C, природная электроника (2024).Doi: 10.1038/s41928-024-01148-6