用于神经形态计算的新型超低功耗存储器

　　研究人员开发了一种创新的相变存储设备，有望降低功耗和制造成本。这一发展有可能取代DRAM和NAND闪存，其效率值得注意，并可能对存储器和神经形态计算技术的未来产生重大影响。来源:SciTechDaily.com

　　韩国科学技术院(KAIST)的研究人员创造了一种低功耗、低成本的相变存储器，为存储器技术设定了新的标准。

　　国内研究小组开发出了一种新的存储设备，可以替代现有的存储设备，也可以用于实现下一代人工智能硬件的神经形态计算，因为它具有低处理成本和超低功耗的优点。

　　韩国科学技术院(KAIST)(校长李光亨)4日表示，开发出了可以代替DRAM和NAND闪存的超低功耗的新一代相变存储器。

　　现有的相变存储器存在一些问题，例如制造高尺寸器件的制造过程昂贵，并且需要大量的功率来运行。崔教授研究组为了解决这些问题，在没有昂贵的制作工艺的情况下，通过电形成极小的纳米(nm)尺度的相变灯丝，开发出了超低功耗的相变存储器。这项新开发具有开创性的优势，不仅具有非常低的处理成本，而且还能够以超低功耗运行。

　　DRAM是最常用的存储器之一，速度非常快，但具有易失性，当电源关闭时数据就会消失。NAND闪存是一种存储设备，它的读写速度相对较慢，但它具有非易失性，即使在断电时也能保存数据。

　　图1所示。通过本研究开发的超低功耗相变存储器件的示意图，以及新开发的相变存储器件与传统相变存储器件的功耗比较。来源:KAIST新兴纳米技术与集成系统

　　另一方面，相变存储器结合了DRAM和NAND闪存的优点，提供高速和非易失性特性。因此，相变记忆被认为是可以代替现有记忆的下一代记忆，并作为模仿人类大脑的记忆技术或神经形态计算技术正在积极研究。

　　然而，传统的相变存储器件需要大量的功率来运行，这使得制造实用的大容量存储产品或实现神经形态计算系统变得困难。为了最大限度地提高存储器件的热效率，以前的研究工作主要集中在通过使用最先进的光刻技术缩小器件的物理尺寸来降低功耗，但它们在实用性方面受到限制，因为功耗的改善程度很小，而制造成本和难度却随着每一次改进而增加。

　　为了解决相变存储器的功耗问题，崔新炫教授研究组开发了在极小的区域内用电形成相变材料的方法，成功实现了比用昂贵的光刻工具制造的传统相变存储器功耗低15倍的超低功耗相变存储器。

　　崔信炫教授表示:“我们开发的相变存储器为解决存储器制造过程中一直存在的问题提供了新方法，而且大大提高了制造成本和能源效率，因此具有重要的意义。”我们希望我们的研究结果成为未来电子工程的基础，实现各种应用，包括高密度三维垂直存储器和神经形态计算系统，因为它开辟了从各种材料中选择的可能性。”他还表示:“感谢国立研究财团和国立纳米实验室中心对此次研究的支持。”

　　由MS-PhD综合项目学生朴世安(音)和KAIST电子工程学院博士生洪锡文(音)作为第一作者参与的该研究结果，于4月4日在国际学术专刊《自然》4月刊上发表。

　　参考文献:“通过相变自约束纳米丝的相变存储器”，作者:Park See-On, Seokman Hong, Su-Jin Sung, Dawon Kim, Seokho Seo, Hakcheon Jeong, Taehoon Park, Won Joon Cho, Jeehwan Kim和Shinhyun Choi, 2024年4月3日，Nature。DOI: 10.1038 / s41586 - 024 - 07230 - 5

　　这项研究得到了下一代智能半导体技术开发项目、PIM AI半导体核心技术开发(器件)项目、韩国国家研究基金会优秀新兴研究项目和国家纳米实验室中心基于半导体工艺的纳米医疗器件开发项目的支持。