سیناپرس/ یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه کمبریج، طراحی جدیدی برای حافظه کامپیوتری ایجاد کرده اند که نویدبخش بهبود قابل توجه عملکرد و کاهش تقاضای انرژی برای اینترنت و فناوری های ارتباطی است.
طبق گفته دانشگاه، هوش مصنوعی، الگوریتم‌ها، استفاده از اینترنت و سایر فناوری‌های مبتنی بر داده‌ها در دهه آینده به بیش از ۳۰ درصد از مصرف برق جهانی ما نیاز دارند.
دکتر مارکوس هلنبراند، نویسنده اول، از دپارتمان علم مواد و متالورژی کمبریج، گفت: تا حد زیادی، این انفجار در تقاضای انرژی به دلیل کاستی‌های فناوری‌های حافظه رایانه فعلی است. در محاسبات معمولی، حافظه در یک طرف و پردازش در طرف دیگر وجود دارد و داده‌ها بین این دو جابجا می‌شوند که هم انرژی و هم زمان می‌برد.

محققان نوع جدیدی از فناوری به نام حافظه سوئیچینگ مقاومتی را آزمایش کردند. برخلاف دستگاه‌های حافظه معمولی که می‌توانند داده‌ها را در دو حالت (یک یا صفر) رمزگذاری کنند، این نوع جدید از حافظه می‌تواند طیف مداومی از حالت‌ها را فعال کند.
این کار با اعمال جریان الکتریکی بر روی مواد خاص انجام می شود و باعث افزایش یا کاهش مقاومت الکتریکی می شود. تغییرات مختلف در مقاومت الکتریکی، حالت های ممکن متفاوتی را برای ذخیره داده ها ایجاد می کند.

هلن برند توضیح داد: مثلاً یک USB معمولی مبتنی بر برد پیوسته می‌تواند بین ده تا 100 برابر اطلاعات بیشتری را در خود نگه دارد.
این تیم نمونه اولیه یک دستگاه مبتنی بر اکسید هافنیوم را توسعه دادند که تا کنون ثابت شده بود که این ماده برای کاربردهای حافظه سوئیچینگ مقاومتی چالش برانگیز است. این موضوع به این دلیل است که این ماده در سطح اتمی، ساختاری ندارد. هلن برند و همکارانش اما یک راه حل برای این مشکل پیدا کردند: ریختن عنصر باریُم در مخلوط!

هنگامی که باریم اضافه شد، “پل” های باریم ساختاری بین لایه های ضخیم اکسید هافنیوم ایجاد کرد. در نقطه ای که این پل ها با تماس های دستگاه برخورد می کنند، یک سد انرژی ایجاد شد که به الکترون ها اجازه عبور می داد. سد انرژی را می توان بالا یا پایین آورد، که مقاومت کامپوزیت اکسید هافنیوم را تغییر می دهد و به نوبه خود اجازه می دهد تا حالت های متعددی در ماده وجود داشته باشد.
هلبراند گفت: چیزی که در مورد این مواد واقعاً هیجان‌انگیز است این است که می‌توانند مانند یک سیناپس در مغز کار کنند: آنها می‌توانند اطلاعات را در همان مکان ذخیره و پردازش کنند، مانند مغز ما.
محققان بر این باورند: این می‌تواند منجر به توسعه دستگاه‌های حافظه رایانه‌ای با چگالی و عملکرد بسیار بیشتر اما مصرف انرژی کمتر شود و این فناوری را به‌ویژه در زمینه هوش مصنوعی و یادگیری ماشین امیدوارکننده می‌کند.
پتنت این فناوری توسط کمبریج انترپرایز، بازوی تجاری سازی دانشگاه، ثبت شده است و دانشمندان اکنون با این صنعت برای انجام مطالعات امکان سنجی ساخت پروژه های بزرگتر کار می کنند.
آنها ادعا می کنند: ادغام اکسید هافنیوم در فرآیندهای تولید فعلی چالش برانگیز نخواهد بود، زیرا این ماده در حال حاضر در تولید نیمه هادی ها (نیمه کنداکتور ها) استفاده می شود.