Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Pamięć z węglowych nanorurek może zadebiutować w ciągu najbliższych miesięcy
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Badacze z Uniwersytetu w Tel Awiwie odkryli nowy sposób na przełączanie polaryzacji ultracienkich materiałów ferroelektrycznych. Nazwali swoją metodę „slidetroniką” – slidetronics – gdyż do przełączania dochodzi, gdy sąsiadujące warstwy atomów prześlizgują się w poprzek siebie. Slidetronika może być alternatywnym efektywnym sposobem kontrolowania miniaturowych urządzeń elektrycznych.
Możłiwość przełączania polaryzacji elektrycznej na niewielkich obszarach to kluczowy element nowoczesnych technologii. Stosuje się ją m.in. w dyskach twardych. W ostatnich latach grubość indywidualnych domen o różnej polaryzacji udało się zmniejszyć ze 100 nanometrów do skali atomów. Jednak dalsza miniaturyzacja staje się poważnym problemem, gdyż może dochodzić do długodystansowych interakcji pomiędzy różnymi domenami, która powoduje, że polaryzacja indywidualnych domen zostaje ujednolicona. W miarę zmniejszania domen magnetycznych, efekty powierzchniowe zaczynają odgrywać coraz większą rolę.
Specjaliści, by poradzić sobie z tym problemami, zaczęli rozglądać się za materiałami alternatywnymi dla krzemu, jak heksagonalny azotek boru (h-BN) czy dichalkogenki metali przejściowych (TMD). To materiały, których warstwy mogą mieć grubość atomu i jednocześnie posiadać uporządkowaną strukturę krystaliczną. Tworzy się je z nakładających się na siebie warstw utrzymywanych przez słabe oddziaływania van der Waalsa. Problem jednak w tym, że polaryzacja naturalnie uzyskiwanych jest ograniczona, gdyż materiały te mają tendencję do przyjmowania struktury centrosymetrycznej.
Badacze pracujący pod kierunkiem Moshe Ben Shaloma przełamali tę niepożądaną symetrię kontrolując kąt ułożenia dwóch sąsiadujących warstw hBN. Ułożenie, które łamie symetrię i zachowuje polaryzację to jedno z pięciu możliwych ułożeń dwuwarstwowego h-BN. Podzieliliśmy to na dwie grupy: „równoległą” i „antyrównoległą”, mówi Ben Shalom. W ułożeniu optymalnie antyrównoległym (AA+) atomy azotu z jednej warstwy spoczywają na atomach boru z drugiej. W orientacji niestabilnie równoległej (AA) wszystkie atomu azotu z obu warstw spoczywają na sobie i warstwy się odpychają. Przesuwają się względem siebie do czasu, aż stworzą tylko połowa atomów nachodzi na siebie (konfiguracja AB).
Okazało się, że takie przesunięcie warstw (AB) względem siebie pozwala na lokalne przełączanie polaryzacji. Naukowcy stwierdzili, że taka stabilna polaryzacja może być niezwykle użyteczna w dalszej miniaturyzacji nieulotnych układów pomięci. Elektrony mogą się wydajnie tunelować pomiędzy obiema warstwami i mechanizm ten można wykorzystać do szybkiego odczytu i zapisu polaryzacji.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Firma Samsung Electronics poinformowała o stworzeniu pierwszego modułu High Bandwidth Memory (HBM) zintegrowanego z modułem obliczeniowym wykorzystującym sztuczną inteligencję – HBM-PIM. Architektura processing-in-memory (PIM) umieszczona wewnątrz wysokowydajnych modułów pamięci ma służyć przede wszystkim przyspieszeniu przetwarzania danych w centrach bazodanowych, systemach HPC (High Performance Computing) oraz aplikacjach mobilnych.
Nasz HBM-PIM to pierwsze programowalne rozwiązanie PIM przeznaczone dla różnych zastosowań z wykorzystaniem sztucznej inteligencji. Planujemy rozszerzenie współpracy z dostawcami rozwiązań z zakresu sztucznej inteligencji, dzięki czemu będziemy mogli zaproponować coraz bardziej zaawansowane rozwiązania korzystające z PIM, stwierdził wiceprezes Samsunga, Kwangil Park.
Większość współczesnych systemów komputerowych bazuje na architekturze von Neumanna, zgodnie z którą dane są przechowywane i przetwarzane w osobnych układach. Taka architektura wymaga ciągłego przesyłania informacji pomiędzy układami, przez co – szczególnie w systemach operujących na olbrzymich zestawach danych – powstaje wąskie gardło spowalniające pracę całego systemu komputerowego.
Architektura HBM-PIM zakłada wykorzystanie modułu przetwarzania danych w miejscu, w którym dane się znajdują. Uzyskano to poprzez umieszczenie wewnątrz każdego modułu pamięci silnika SI zoptymalizowanego pod kątem współpracy z układami DRAM. W ten sposób umożliwiono równoległe przetwarzanie danych i zminimalizowano potrzebę ich przesyłania.
Samsung informuje, że po połączeniu HBM-PIM z obecnym już na rynku rozwiązaniem HBM2 Aquabolt pozwoliło na dwukrotne zwiększenie wydajności systemu przy jednoczesnym 70-procentowym spadku zapotrzebowania na energię. Koreańczycy podkreślają, że HBM-PIM nie wymaga żadnych zmian sprzętowych ani programowych, zatem łatwo można je zastosować w już istniejących systemach.
HBM-PIM zapewnia imponujący wzrost wydajności przy jednoczesnym olbrzymim spadku zapotrzebowania na energię w kluczowych rozwiązaniach SI, zatem z zainteresowaniem oczekujemy na możliwość sprawdzenia jego wydajności w rozwiązywaniu problemów nad którymi pracujemy w Argonne, stwierdził Rick Stevens, dyrektor ds. obliczeniowych, środowiskowych i nauk biologicznych w Argonne National Laboratory.
Szczegóły HBM-PIM zostaną zaprezentowane 22 lutego podczas International Solid-State Circuits Virtual Conference (ISSCC).
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na MIT powstał nowoczesny mikroprocesor z tranzystorami z nanorurek węglowych. Urządzenie można wyprodukować za pomocą technik używanych obecnie przez przemysł półprzewodnikowy, co ma olbrzymie znaczenie dla ewentualnego wdrożenia.
Nanorurki węglowe są od dawna przedmiotem zainteresowań, gdyż dają nadzieję na zbudowanie kolejnej generacji komputerów po tym, gdy układów krzemowych nie będzie można już miniaturyzować. Tranzystory polowe z nanorurek węglowych (CNFET) mogą mieć bardzo obiecujące właściwości. Z dotychczasowych badań wynika, że powinny być one około 10-krotnie bardziej efektywne pod względem zużycia energii i pozwolić na przeprowadzanie obliczeń ze znacznie większą prędkością. Problem jednak w tym, że przy masowej produkcji w nanorurkach pojawia się tak wiele defektów, że nie można ich w praktyce wykorzystać.
Naukowcy z MIT opracowali nową technikę, która znacząco zmniejsza liczbę defektów i daje pełną kontrolę nad produkcję CNFET. Co ważne, technika ta wykorzystuje procesy już używane w przemyśle półprzewodnikowym. Dzięki niej na MIT wyprodukowano 16-bitowy mikroprocesor składający się z 14 000 CNFET, który jest w stanie wykonywać te same obliczenia co tradycyjny procesor.
Nowy procesor oparto na architekturze RISC-V. Testy wykazały, że jest on zdolny do wykonania pełnego zestawu instrukcji dla tej technologii.
To, jak dotychczas, najbardziej zaawansowany chip wykonany w nowym procesie nanotechnologicznym, który daje nadzieję na wysoką wydajność i efektywność energetyczną, mówi współautor badań, profesor Max M. Shulaker. Krzem ma swoje ograniczenia. Jeśli chcemy coraz szybszych komputerów, to węglowe nanorurki są najbardziej obiecującym materiałem. Nasze badania pokazują zupełnie nowy sposób budowy układów scalonych z węglowymi nanorurkami.
Shulaker i jego zespół od dawna pracują nad układami scalonymi z CNFET. Przed sześcioma laty byli w stanie zaprezentować procesor złożony ze 178 CNFET, który mógł pracować na pojedynczym bicie danych. Od tamtego czasu uczeni skupili się na rozwiązaniu trzech kluczowych problemów: defektach materiałowych, niedociągnięciach produkcyjnych oraz problemach funkcjonalnych.
Największym problemem było uzyskanie nanorurek odpowiedniej jakości. Żeby CNFET działał bez zakłóceń, musi bez problemów przełączać się pomiędzy stanem 0 i 1, podobnie jak tradycyjny tranzystor. Jednak zawsze podczas produkcji powstanie jakaś część nanorurek, które będą wykazywały właściwości metalu, a nie półprzewodnika. Takie nanorurki czynią CNFET całkowicie nieprzydatnym. Zaawansowane układy scalone, by być odpornymi na obecność wadliwych nanorurek i móc szybko wykonywać zaawansowane obliczenia, musiałyby korzystać z nanorurek o czystości sięgającej 99,999999%. Obecnie jest to niemożliwe do osiągnięcia.
Naukowcy z MIT opracowali technikę nazwaną DREAM (designing resilency against metallic CNT), która tak pozycjonuje metaliczne CNFET, że nie zakłócają one obliczeń. Dzięki temu zmniejszyli wymagania dotyczące czystości nanorurek aż o cztery rzędy wielkości. To zaś oznacza, że do wyprodukowania w pełni sprawnego układu potrzebują nanorurek o czystości sięgającej 99,99%, a to jest obecnie możliwe.
Uczeni przeanalizowali różne kombinacje bramek logicznych i zauważyli, że metaliczne nanorurki węglowe nie wpływają na nie w ten sam sposób. Okazało się, że pojedyncza metaliczna nanorurki w bramce A może uniemożliwić komunikację pomiędzy nią, a bramką B, ale już liczne metaliczne nanorurki w bramce B nie wpływają negatywnie na jej możliwości komunikacji z żadną bramką. Przeprowadzili więc symulacje, by odnaleźć wszystkie możliwe kombinacje bramek, które byłyby odporne na obecność wadliwych nanorurek. Podczas projektowania układu scalonego brano pod uwagę jedynie te kombinacje. Dzięki technice DREAM możemy po prostu kupić komercyjne dostępne nanorurki, umieścić je na plastrze i stworzyć układ scalony, nie potrzebujemy żadnych specjalnych zabiegów, mówi Shulaker.
Produkcja CNFET rozpoczyna się od nałożenia znajdujących się w roztworze nanorurek na podłoże z predefiniowanym architekturą układu. Jednak nie do uniknięcia jest sytuacja, w której część nanorurek pozbija się w grupy, tworząc rodzaj dużych cząstek zanieczyszczających układ scalony. Poradzono sobie z tym problemem tworząc technikę RINSE (removal of incubated nanotubes through selective exfoliation). Na podłoże nakłada się wcześniej związek chemiczny, który ułatwia nanorurkom przyczepianie się do niego. Następnie, już po nałożeniu nanorurek, całość pokrywana jest polimerem i zanurzana w specjalnym rozpuszczalniku. Rozpuszczalnik zmywa polimer, a ten zabiera ze sobą pozbijane w grupy nanorurki. Te zaś nanorurki, które nie zgrupowały się z innymi, pozostają przyczepione do podłoża. Technika ta aż 250-kronie zmniejsza zagęszczenie zbitek nanorurek w porównaniu z alternatywnymi metodami ich usuwania.
Poradzono sobie też z ostatnim problemem, czyli wytworzeniem tranzystorów typu N i typu P. Zwykle produkcja tych tranzystorów z węglowych nanorurek kończyła się uzyskaniem urządzeń o bardzo różniącej się wydajności. Problem rozwiązano za pomocą nowej techniki o nazwie MIXED (metal interface engineering crossed with electrostatic doping), dzięki której możliwe jest precyzyjna optymalizacja procesorów do wymaganych zadań. Technika ta polega na dołączeniu do każdego tranzystora, w zależności czy ma być on P czy N, odpowiedniego metalu, platyny lub tytanu. Następnie tranzystory są pokrywane tlenkiem, co pozwala na ich dostosowanie do zadań, jakie będą spełniały. Można więc osobno dostroić je do pracy w zastosowaniach w wysoko wydajnych serwerach, a osobno do energooszczędnych implantów medycznych.
Obecnie, w ramach programu prowadzonego przez DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych), wspomniane techniki produkcji układów scalonych z węglowych nanorurek wdrażane są w fabrycznych liniach produkcyjnych. W tej chwili nikt nie potrafi powiedzieć, kiedy w sklepach pojawią się pierwsze procesory z CNFET. Shulaker mówi, że może się to stać już w ciągu najbliższych pięciu lat. Sądzimy, że teraz to już nie jest pytanie czy, ale pytanie kiedy, mówi uczony.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowa grupa naukowa pracująca pod przewodnictwem inżynierów z Narodowego Uniwersytetu Singapuru opracowała nowe urządzenie spintroniczne do manipulowania cyfrową informacją. Jest ono 20-krotnie bardziej wydajne i 10-krotnie bardziej stabilne niż dostępne obecnie rozwiązania komercyjne. Nowe urządzenie zostało opracowane we współpracy z naukowcami z Instytutu Technologicznego Toyoty oraz Uniwersytetu Koreańskiego.
Nasze odkrycie może stać się nową platformą rozwojową dla przemysłu spintronicznego, który obecnie zmaga się z problemami związanymi z niestabilnością i skalowalnością, gdyż wykorzystuje się tutaj bardzo cienkie elementy magnetyczne, mówi profesor Yang Hyunso z Singapuru.
Obecnie na świecie powstają olbrzymie ilości cyfrowych informacji. Istnieje więc duże zapotrzebowanie na tanie, energooszczędne, stabilne i skalowalne produkty do przechowywania tej informacji i manipulowania nią. Stawiane warunki mogłyby spełniać materiały spintroniczne bazujące na rozwiązaniach ferromagnetycznych. Jednak wciąż są one bardzo drogie z powodu problemów ze skalowalnością i stabilnością. Układy pamięci bazujące na ferromagnetykach nie mogą mieć grubości większej niż kilka nanometrów, gdyż efektywność ich okablowania wykładniczo spada wraz z rosnącą grubością. Zaś obecna grubość jest niewystarczająca, by zapewnić stabilne przechowywanie danych w warunkach naturalnie wahających się temperatur, wyjaśnia doktor Yu Jiawei.
Uczeni, aby poradzić sobie z tym problemem, zaprzęgli do pracy materiały ferrimagnetyczne. Zauważyli, że mogą być one 10-krotnie grubsze niż materiały ferromagnetyczne i nie wpływa to na ich wydajność. W ferrimagnetykach spin elektronów napotyka na minimalne opory. To jest taka różnica, jakbyśmy jechali samochodem drogą 8-pasmową, w porównaniu do jazdy 1-pasmową ulicą w mieście. Dla spinu ferromagnetyk to jak wąska ulica w mieście, zaś ferrimagnetyk jest jak szeroka autostrada, mówi jeden z badaczy, Rahul Mishra.
Pamięć stworzona z materiału ferrimagnetycznego okazała się 10-krotnie bardziej stabilna i 20-krotnie bardziej wydajna niż pamięć z ferromagnetyku. Zdaniem profesora Yanga, za różnicę w wydajności odpowiada unikatowe uporządkowanie atomów.W ferrimagnetykach sąsiadujące ze sobą domeny magnetyczne są zwrócone do siebie przeciwnymi znakami. Zaburzenia spinu powodowane przez jeden atom, są kompensowane przez sąsiedni. Dzięki temu informacja może przepływać szybciej, dalej i przy mniejszym zużyciu energii, stwierdził.
Na kolejnym etapie badań naukowcy przyjrzą się już nie tylko problemowi przesyłania informacji w ferrimagnetykach, ale zbadają też tempo jej odczytu i zapisu. Spodziewają się, że będzie ono niezwykle szybkie. Chcą też rozpocząć współpracę z przemysłem, by ich wynalazek jak najszybciej trafił do praktycznego użycia.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Zanim kwantowe systemy komunikacyjne i kryptograficzne staną się codziennością, naukowcy będą musieli pokonać wiele problemów. Jednym z nich jest stworzenie układów pamięci zdolnych do bezpiecznego przechowywania kwantowych informacji przenoszonych za pomocą światła.
Badacze z Uniwersytetu w Genewie oraz francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS) odkryli, że iterb może przechowywać i chronić kwantowe informacje nawet podczas pracy z dużą częstotliwością. To czyni ten materiał idealnym kandydatem do produkcji układów pamięci dla przyszłych długodystansowych sieci kwantowych.
Obecnie istnieją sieci przekazujące informacje kwantowe na odległość setek kilometrów, jednak brak wzmacniaczy uniemożliwia budowę bardziej rozległych sieci kwantowych.
Jako, że bardzo trudno jest skopiować i wzmocnić sygnał kwantowy, naukowcy szukają odpowiedniego materiału, który pozwoli na zbudowanie kwantowych układów pamięci zdolnych do przechwycenia i synchronizowania fotonów tak, by można było przekazywać je coraz dalej. Trudność polega na znalezieniu materiału zdolnego do odizolowania informacji kwantowej od zewnętrznych zakłóceń tak, byśmy mogli ją przez około sekundę przechować i zsynchronizować fotony, wyjaśnia Mikael Afzelius z Uniwersytetu w Genewie. Foton podróżuje z prędkością około 300 000 kilometrów na sekundę, więc poszukiwany materiał musi pracować z dużymi częstotliwościami.
W laboratoriach istnieją już kwantowe układy pamięci. Niektóre z nich wykorzystują metale ziem rzadkich, takie jak europ czy prazeodym. Jednak układy te nie pracują wystarczająco szybko. Zwróciliśmy więc uwagę na iterb, który był dotychczas rzadko badany w tym kontekście, mówi profesor Nicolas Gisin.
Okazało się, że po poddaniu działaniu dokładnie dobranych pól magnetycznych iterb wchodzi w stan, w którym zostaje odcięty od zewnętrznych zakłóceń, dzięki czemu może przechwycić fotony bez ryzyka ich utraty. Odnaleźliśmy ten „magiczny punkt” testując różne częstotliwości i kierunki pól magnetycznych. Gdy zostaje on osiągnięty czas koherencji atomów iterbu wydłuża się 1000-krotnie, a wszystko przy wysokiej częstotliwości pracy, wyjaśnia Alexey Tiranov.
Teraz naukowcy pracują nad prototypowym iterbowym układem pamięci.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.