Wyobraź sobie sprzęt, który potrafi przetrwać w ekstremalnych warunkach – na przykład na powierzchni Wenus, którą można nazwać z powodzeniem "piekłem". Albo wewnątrz studni geotermalnej — nieco bardziej przyziemny przykład. Rozwiązania, z których korzystamy obecnie już dawno by "podziękowały" i odmeldowały się do krainy wiecznego liczenia. Tymczasem naukowcy z University of Michigan, we współpracy z Sandia National Laboratory, opracowali pamięć komputerową, która może pracować w temperaturach przekraczających 600°C.
Współczesna elektronika oparta na krzemie jest standardem, ale jednocześnie też musi liczyć się z ograniczeniami. Po przekroczeniu 150°C konwencjonalne pamięci zaczynają przewodzić niekontrolowane ilości prądu — dochodzi więc do utraty danych lub nawet awarii. Spójrzmy na rozwój technologii kosmicznych: tam sukces niektórych przedsięwzięć w coraz większym stopniu zależy od możliwości pracy w ekstremalnych warunkach, a zatem nowe rozwiązania są koniecznością. Branże, które mogą skorzystać na ultraodpornych elementach elektroniki, można mnożyć właściwie bez końca.
Tajemnicą skonstruowanych w ten sposób pamięci jest proces przemieszczania jonów tlenu między dwiema warstwami materiału: tlenku tantalu (półprzewodnika) oraz metalicznego tantalu. Proces ten odbywa się w stałym elektrolicie i przypomina w swoich pryncypiach działanie baterii – jednak zamiast magazynowania energii, urządzenie przechowuje informacje.
Ruch jonów jest kontrolowany przez zestaw trzech elektrod platynowych, które decydują, czy tlen jest przyciągany do tlenku tantalu, czy z niego usuwany. W zależności od zawartości tlenu tlenek tantalu może pełnić rolę izolatora lub przewodnika, a to pozwala na zapis danych w postaci zer i jedynek. Tego typu konstrukcja spełnia podstawowe założenia pozwalające na implementację urządzenia w technologiach informatycznych.
Gdzie krzem nie może
Osiągnięcie naukowców prowadzi wprost do powstania elektroniki zdolnej do pracy w warunkach, które dotychczas wykluczały stosowanie konwencjonalnych rozwiązań. Wyobraźmy sobie teraz czujniki w silnikach odrzutowych, które monitorują ich stan w czasie rzeczywistym, czy cyfrowe systemy kontrolne w reaktorach jądrowych — to miejsca, w których temperatury robocze są przeogromne. Okazuje się jednak, że właśnie w takich miejscach nowy typ magazynowania danych dałby sobie radę.
Nowe pamięci wysokotemperaturowe mogą pracować w naprawdę trudnych warunkach. Kiedy doczekamy się ich komercjalizacji? | Brenda Ahearn/University of Michigan, College of Engineering, Communications and Marketing
Co więcej, urządzenie oferuje możliwość wykorzystania ponad 100 stanów pośrednich obok 0 i 1. . Takie możliwości otwierają drzwi do zastosowań w sztucznej inteligencji, gdzie przetwarzanie danych bezpośrednio w pamięci może znacząco obniżyć zużycie energii przez przeróżne urządzenia.
Wiemy już, że największą zaletą rozwiązania jest jego wyjątkowa odporność na ciepło – urządzenie może przechowywać dane w temperaturze powyżej 600°C przez ponad 24 godziny. Co więcej, wymaga ono niższego napięcia niż inne pamięci wysokotemperaturowe. Jednak istnieje pewien kompromis: nowe dane mogą być zapisywane tylko w temperaturach powyżej 250°C. Ów problem może być rozwiązany dzięki zastosowaniu wbudowanych grzałek w urządzeniach pracujących w niższych temperaturach. Z drugiej strony, jeżeli myślimy o szczególnych scenariuszach użytkowania tego typu elektroniki, to czy można to uznawać za wadę? Sądzę, że raczej nie.
Większość z nas raczej nigdy nie zetknie się z tego typu pamięciami "osobiście". O ile komercjalizacja się uda, to każdy z nas będzie mógł czerpać z ich bezsprzecznych zalet na co dzień. Ciekaw jestem, które podmioty zaryzykują i spróbują wprowadzić to rozwiązanie na rynek i — najważniejsze — kiedy będziemy mogli liczyć na pierwsze komponenty wykorzystujące nowy typ pamięci wysokotemperaturowych.
