14/03/2011 - Speicher, die 100-mal weniger Energie verbrauchen

Menéame

Die Dauer der Nutzlast der Batterien ist eines der größten Nachteile für die Besitzer von Geräten wie Laptops, Mobiltelefonen und Musik-Playern. Ingenieure an der Universität Illinois entwickeln eine wichtige Hilfe, um dieses Problem zu lindern. Xiong Feng und seine Kollegen schufen ein neues Konzept des digitalen Speichers, das 100 Mal weniger Energie verbraucht als die aktuellen Speicher. Flash-Speicher, die auf tragbaren Geräten verwendet werden, die die Bits von elektrischen Ladungen speichern, erfordern hohe Spannungsniveaus für die Informationsplanung und sind im Vergleich zu anderen Datenspeichersystemen relativ langsam. Eine der vielversprechendsten Alternativen, die derzeit untersucht wird, basiert auf Materialien mit Phasenänderungen oder PCM (Phase-Change Material). Diese Art von Materialien haben eine amorphe Phase und eine Kristallphase, die jeweils unterschiedliche elektrische und optische Eigenschaften aufweist, was ideal für die permanente Speicherung von Daten ist, d. h. dass die Daten nicht verloren gehen, wenn keine Energie vorhanden ist. Eine Stufe der Materie würde eine 0 und die andere Stufe eine 1 darstellen.

Obwohl diese Phasenänderungen durch thermische Energie aktiviert werden, sind die für das Schmelzen des Materials erforderlichen Ausgaben, um die Phasenumstellung von einer logischen Null auf eine logische Null zu erreichen und umgekehrt, nicht wichtig und kann als verachtenswert angesehen werden. Während der letzten Arbeiten haben Forscher einen Weg gefunden, um die Energie zu reduzieren, die zur Aufzeichnung der Daten in den Speichern benötigt wird. Das erreichte Niveau entspricht einer geringeren Energieverbrauch als die besten derzeit verwendeten Prozesse, die im Vergleich zu früheren Phasen-Wechselspeichern um das 100-fache reduziert werden. Diese Leistung wurde durch die Verringerung des Materials, das bei der Konstruktion jedes Bit des Speichers verwendet wird, ermöglicht, indem eine Informationseinheit auf ein paar Nanometer reduziert wurde. Bits sind Kohlenstoff-Nanoröhren, die aus einfachen oder mehrfachen Wänden bestehen können, auf denen eine dünne Schicht eines Phase-Wechselmaterials, das als GST bekannt ist, das aus einer Germanium- (Ge), Antimon- (Sb) und Telurium (Te) -Legierung besteht, aufgetragen wird. Die Nanoröhrchen wirken wie Elektroden, die gleichzeitig zwei Funktionen erfüllen: Sie wirken wie eine Ausdauer, indem sie das Material erwärmen, damit die Phasenänderung stattfindet, und ermöglichen das Ablesen der im Speicher gespeicherten Daten. Da Phasenänderungen nur im Materialteil in den Lücken der Nanoröhrchen vorkommen, wird die für den Betrieb der Speicherzelle erforderliche Leistung drastisch reduziert.

Eric Pop, Professor an den Elektro- und Informatik-Rennen, ist verantwortlich für die Leitung dieser Forschungsgruppe neben Xiong Feng und sagt: "Jeder von uns, der ein aktives technologisches Leben hat, muss jede Nacht eine Menge Ladegeräte bedienen und wir sehnen uns danach, dass die Batterien unserer mobilen Geräte für Wochen oder Monate ausreichend sparsam bleiben können." PCM-Bits, die einen extrem niedrigen Energieverbrauch bieten, könnten auf bestehenden Geräten mit einer erheblichen Verlängerung der Akkulaufzeit verwendet werden. Zu diesem Zeitpunkt verwendet ein Smartphone etwa einen Watt Energie und ein Laptop benötigt mehr als 25 Watt, um zu funktionieren. Ein Teil dieser Energie geht auf den Bildschirm, aber ein wachsender Prozentsatz ist dem Speicher gewidmet. Aber die Massenverbrauchseinrichtungen werden nicht die einzigen Begünstigten sein. "Wir sprechen nicht nur über die Erleichterung unserer Taschen oder Brieftaschen, das ist auch wichtig für alles, was mit einer Batterie betrieben werden muss, wie Satelliten, Telekommunikationsgeräte an abgelegenen Orten oder jede wissenschaftliche oder militärische Anwendung."

Darüber hinaus könnte diese neue Technologie der Niedrigleistungsspeicher Forschungen über die Integration von drei Dimensionen ermöglichen; die Stapelung von Chips, die Forscher aufgrund von Herstellungsproblemen und Hitze umgangen haben. Das Team hat bisher hundert Proben hergestellt und getestet und will die Produktion erhöhen, um Speicher-Bit-Matrizen zu erstellen, die zusammen funktionieren können. Sie erwarten auch eine höhere Datendichte durch intelligente Programmierung, so dass jedes "physische" PCM-Bit zwei Datenbits programmieren kann, d.h. die sogenannte Multi-Bit-Speicher. Das Team wird weiterhin daran arbeiten, den Energieverbrauch zu senken und die Energieeffizienz zu erhöhen, auch über die bereits nachgewiesenen Einsparungen hinaus. "Obwohl wir eine Technologie genommen haben und bewiesen haben, dass sie durch einen Faktor von 100 verbessert werden kann, sind wir noch nicht an das gekommen, was physisch möglich ist. Wir haben noch nicht einmal die Grenzen getestet. Ich glaube, wir können die Energieausgaben zumindest um einen weiteren Faktor von 10 senken," so Pop.

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