我们要求计算机处理不断增加的数据，以加快药物发现、改善天气和气候预测、训练人工智能等等。为了满足这一需求，我们需要比以往更快、更节能的计算机内存。

斯坦福大学的研究人员证明，一种新材料可能会使相变存储器(依靠高电阻状态和低电阻状态之间的切换来创建计算机数据的 1 和 0)成为未来人工智能和以数据为中心的系统的改进选择。最近在《自然通讯》杂志上详细介绍了他们的可扩展技术，该技术快速、低功耗、稳定、持久，并且可以在与商业制造兼容的温度下制造。

“我们不仅仅提高耐力或速度等单一指标;我们正在同时改进多个指标。”斯坦福大学电气工程和材料科学与工程系 Pease-Ye 教授Eric Pop(礼貌)说道。“这是我们在这个领域打造的最现实、最有利于行业的东西。我想将其视为迈向通用记忆的一步。”

更快的非易失性存储器

当今的计算机在不同的位置存储和处理数据。易失性内存(速度很快，但当计算机关闭时就会消失)负责处理，而非易失性内存(速度不那么快，但可以在没有持续电源输入的情况下保存信息)负责长期数据存储。当处理器等待检索大量数据时，在这两个位置之间转移信息可能会导致瓶颈。

“来回传送数据需要大量的能量，尤其是在当今的计算工作负载下，”由 Pop 和Philip Wong(威拉德·R. 和 Inez Kerr Bell 教授、伊内兹·科尔·贝尔学院教授)共同指导的博士生吴向金说道。工程和论文的主要作者。“通过这种类型的内存，我们真的希望将内存和处理更紧密地结合在一起，最终集成到一个设备中，以便它使用更少的能源和时间。”

要实现有效的、商业上可行的通用存储器，能够在不牺牲其他指标的情况下实现长期存储和快速、低功耗处理，需要克服许多技术障碍，但 Pop 实验室开发的新型相变存储器已经非常接近了到目前为止，这项技术。研究人员希望它将激发作为通用存储器的进一步开发和采用。

该内存依赖于 GST467，这是一种由四份锗、六份锑和七份碲组成的合金，由马里兰大学的合作者开发。Pop 和他的同事找到了将合金夹在超晶格中的其他几种纳米薄材料之间的方法，这是他们之前用来实现良好的非易失性存储结果的分层结构。

“GST467 的独特组成使其具有特别快的切换速度，”在 Pop 实验室获得博士学位、该论文的共同主要作者Asir Intisar Khan说道。“将其集成到纳米级器件的超晶格结构中可以实现低开关能量，为我们提供良好的耐用性、非常好的稳定性，并使其非易失性——它可以保持其状态 10 年或更长时间。”

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GST467 超晶格通过了多项重要基准测试。相变存储器有时会随着时间的推移而漂移——本质上，1和0的值会慢慢变化——但他们的测试表明这种存储器非常稳定。它还以低于 1 伏的电压运行，这是低功耗技术的目标，并且比典型的固态硬盘要快得多。

“其他一些类型的相变存储器可能会更快一些，但它们的工作电压更高，”波普说。“对于所有这些计算技术，都需要在速度和能源之间进行权衡。事实上，我们能够在低于一伏的电压下以几十纳秒的速度进行切换，这是一件大事。”

超晶格还将大量存储单元封装到很小的空间中。研究人员已将记忆细胞的直径缩小至 40 纳米，不到冠状病大小的一半。这并没有达到应有的密度，但研究人员正在探索通过将存储器堆叠在垂直层中来进行补偿的方法，这要归功于超晶格的低制造温度和用于制造它的技术。

“制造温度远低于您所需要的温度，”波普说。“人们正在谈论将内存堆叠成数千层以增加密度。这种类型的内存可以实现未来的 3D 分层。”