Memórias de mudança de fase: Finalmente miniaturizadas e energeticamente eficientes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/04/2024

Ilustrações da memória de mudança de fase de potência ultrabaixa e ultraminiaturizada.
[Imagem: KAIST/ENTIS]

Memórias para o futuro

Uma melhoria em uma arquitetura de memória inovadora e já muito promissora promete agora não apenas substituir as memórias atuais dos computadores, como ainda servir de base para a implementação da longamente esperada computação neuromórfica e de novos hardwares talhados para a inteligência artificial.

As memórias de mudança de fase são componentes de memória que armazenam e/ou processam informações alterando os estados cristalinos dos materiais de que são feitas. Usando calor, elas são chaveadas entre amorfas ou cristalinas, o que altera seu estado de resistência elétrica - num estado ela guarda um 0, e no outro guarda um 1. A vantagem é que, uma vez gravado o dado, não é mais necessário ficar atualizando-o - é uma memória não-volátil, que não perde o dado na ausência de energia.

Como nem tudo nasce perfeito, por mais promissoras que sejam as memórias de mudança de fase ainda dependem de processos de fabricação caros e gastam uma quantidade substancial de energia para sua passar de uma fase para outra, minando muito da sua economia de energia.

See-On Park e colegas do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia do Sul (KAIST) criaram agora uma nova família dessas memórias com um consumo ultrabaixo de energia - baixo o suficiente para que elas possam substituir as DRAMs e as memórias flash atuais.

E eles conseguiram fazer isto e ainda resolver o segundo grande problema, o de serem difíceis de fabricar e, portanto, caras. Isto foi possível formando eletricamente um filamento de fase em escala nanométrica, algo simples de fazer mesmo em escala industrial - um bônus adicional é que é possível usar diversos tipos de material paa crescer esses nanofios.

Comparação do consumo de energia com dispositivos convencionais do mesmo tipo fabricados hoje.
[Imagem: KAIST/ENTIS]

Dimensão e consumo ultrabaixos

As tentativas feitas até agora para melhorar a eficiência térmica das memórias de mudança de fase se concentraram na redução do tamanho físico dos componentes através do uso de tecnologias de litografia de última geração. Mas esses esforços encontraram limitações em termos de praticidade, já que o grau de melhoria no consumo de energia foi mínimo, enquanto o custo e a dificuldade de fabricação aumenta a cada melhoria.

A fim de resolver o problema, a equipe criou um método para formar eletricamente os materiais de mudança de fase em áreas extremamente pequenas, o que não só alcançou a meta de miniaturização, como resultou em células de memória que consomem 15 vezes menos energia do que as versões atuais fabricadas com a cara técnica de litografia.

"Esperamos que os resultados do nosso estudo se tornem a base da futura engenharia eletrônica, permitindo diversas aplicações, incluindo memória verticais tridimensionais de alta densidade e sistemas de computação neuromórfica, uma vez que ele abriu as possibilidades de escolha entre uma variedade de materiais," disse o professor Shinhyun Choi.

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