14/03/2011 - Mémoires qui consomment 100 fois moins d'énergie

Menéame

La durée de la charge utile des batteries est l’un des inconvénients les plus graves pour les propriétaires d’équipements tels que les ordinateurs portables, les téléphones mobiles et les lecteurs de musique. Ingénieurs de l’Université de l’Illinois, ils sont en train d’élaborer une aide importante pour soulager ce problème. Xiong Feng et ses collègues ont créé un nouveau concept de mémoire numérique qui consomme 100 fois moins d’énergie que les mémoires actuelles. Les mémoires flash utilisées sur les appareils portables, qui stockent les bits de charges électriques, nécessitent des niveaux élevés de tension pour la programmation de l’information et sont en outre relativement lents par rapport à d’autres systèmes de stockage de données. L’une des solutions les plus prometteuses, actuellement étudiée, est basée sur des matériaux avec des changements de phase, ou PCM (phase-change materials). Ce type de matériaux ont une phase amorphe et une phase cristalline, chacune ayant des propriétés électriques et optiques différentes, ce qui est idéal pour stocker des données de manière permanente, c’est-à-dire que les données ne soient pas perdues en l’absence d’énergie. Une phase de la matière représenterait un 0 et l’autre phase un 1.

Bien que ces changements de phase soient activés par l’énergie thermique, les dépenses nécessaires pour fondre le matériau, afin d’atteindre le changement de phase d’un zéro logique à un un logique et vice versa, n’ont pas d’importance et peuvent être considérées comme négligeables. Au cours des derniers travaux, les chercheurs ont trouvé un moyen de réduire l’énergie nécessaire pour enregistrer les données dans les mémoires. Ainsi, le niveau atteint équivaut à moins d’énergie consommée par rapport aux meilleurs procédés actuellement utilisés, atteignant une réduction de 100 fois par rapport aux précédents rapports de changement phase. Cette réalisation a été rendue possible par une diminution du volume de matériaux utilisés dans la construction de chaque bit de mémoire, en réduisant une unité d’information à quelques nanomètres. Les bits sont les nanotubes de carbone, qui peuvent être à partir de murs simples ou multiples, sur lesquels s’applique une mince couche d’un matériau de changement de phase connu sous le nom de GST constitué d’un alliage de germanium (Ge), d’antimon (Sb) et de tellurie (Te). Les nanotubes agissent en tant qu’électrodes remplissant deux fonctions simultanément: ils agissent comme une résistance, chauffant le matériau pour que le changement de phase se produise, et permettent la lecture des données stockées dans la mémoire. Comme les changements de phase ne se produisent que dans la portion de matériau qui se trouve dans les lagunes des nanotubes, la puissance nécessaire pour opérer la cellule de mémoire est considérablement réduite.

Eric Pop, professeur dans les courses d’ingénierie électrique et informatique, est chargé de diriger ce groupe de recherche avec Xiong Feng et affirme: "Quelqu'un d’entre nous, qui a une vie technologique active, doit répondre à un grand nombre de chargeurs chaque nuit et aspirons à ce que les batteries de nos équipements mobiles puissent durer assez longtemps pour des semaines ou des mois." Les bits PCM, qui offrent une consommation d’énergie ultra-faible, pourraient être utilisés sur des dispositifs existants avec une augmentation significative de la vie de la batterie. À ce stade, un smartphone utilise autour d’un watt d’énergie et un ordinateur portable nécessite plus de 25 Watt pour fonctionner. Une partie de cette énergie va à l’écran, mais un pourcentage croissant est consacré à la mémoire. Mais les dispositifs de consommation massive ne seront pas les seuls bénéficiaires. "Nous ne parlons pas seulement de l’assouplissement de nos poches ou de nos portefeuilles, c’est aussi important pour tout ce qui doit fonctionner avec une batterie, comme les satellites, les équipements de télécommunications dans des endroits reculés, ou toute application scientifique ou militaire."

En outre, cette nouvelle technologie de mémoire à faible puissance pourrait permettre des progrès de recherche sur l’intégration de trois dimensions; l’empilement de puces qui a échappé aux chercheurs en raison de problèmes de fabrication et de la chaleur. L’équipe a fait et testé jusqu'à présent une centaine d’échantillons et veulent augmenter la production pour créer des matrices de bits de mémoire qui peuvent fonctionner ensemble. Ils espèrent également obtenir une plus grande densité de données à travers la programmation intelligente de sorte que chaque bit PCM "physique" peut programmer deux bits de données, c’est-à-dire atteindre ce qu’on appelle la Mémoire Multi-bit. L’équipe continuera de travailler à réduire la consommation énergétique et à accroître le rendement énergétique, même au-delà des économies déjà réalisées. " Bien que nous ayons pris une technologie et prouvé qu’elle peut être améliorée par un facteur de 100, nous n’avons pas encore atteint ce qui est physiquement possible. On n’a même pas encore essayé les limites. Je pense que nous pourrons réduire les dépenses d’énergie, au moins sur un autre facteur de 10 ," a déclaré Pop.

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