Inseneriläbimurre lubab vastupidava arvutamise äärmuslikes tingimustes
Hiljutised arengud arvutitehnoloogias on viinud uue tüüpi mittevolatiilsete mäluseadmete loomiseni, mis suudavad toimida äärmiselt kõrgetel temperatuuridel. Pöördeliseks osutunud avastus tuleneb alumiiniumskandiumnitraatferroelektrilise materjali kasutamisest, mis on näidanud erakordset kuumuskindlust, avades potentsiaalselt uksed arvutamiseks Veenusel, mis on tuntud oma põrguliku kliima poolest.
Praegused mäluseadmed nagu tahkisajamid (SSD-d) võivad laguneda temperatuuridel umbes 300 kraadi Celsiuse järgi. Võrreldes sellega on teadlaste poolt välja töötatud uus ferroelektriline diood suutnud tõhusalt töötada mitu tundi temperatuuridel kuni 600 kraadi Celsiuse järgi.
See edasiminek tähendab, et arvutiseadmeid ja andureid saab paigutada ühte planeedi kõige vaenulikumatesse keskkondadesse, sealhulgas tuumaelektrijaamadesse ja sügavatesse meres asuvatesse nafta- ja gaasitööstuse uurimisaladesse. Lisaks lubab see rakendus ka ekstraterrestrialset kasutamist päikesesüsteemi kuumimatel planeetidel, kus seadmed varem peaaegu koheselt ebaõnnestusid.
Valmistatud ainult 45 nanomeetri paksusest alumiiniumskandiumnitraatferroelektrilisest materjalikihist – üheksateistkümmend korda õhem kui inimjuuks – näitab see tehnoloogia materjaliteaduse tipptaseme demonstreerimist. Pennsylvania Ülikooli teadlane rõhutab, et need seadmed võivad vastu pidada üle miljoni lugemistsükli ja hoida stabiilset sisse-välja suhtarvu üle kuue tunni, seninägematu saavutus.
Selle uuendusega kujutatakse ette uut ajastut, kus puuduvad silika põhised arvutite seadmed, hõlbustades mälu ja protsessorite integreerimist andmemahtusid nõudvate ülesannete, nagu tehisintellekti, töötlemiseks. Tulevikus võiks see võimaldada tehisintellekti töötlemist teiste planeetide karmides tingimustes, märkides arvutus- ja tehnoloogiavaldkonnas paradigma muutust.
Küsimused ja vastused kuumakindla arvutusmälu kohta
1. Mis on mittevolatiilne mälu (NVM)?
Mittevolatiilne mälu on arvutimälu tüüp, mis säilitab salvestatud teabe ka siis, kui see pole toiteallikaga ühendatud. Näiteks hõlmavad neid flash-mälu, nagu neid kasutatakse SSD-des, ja ferroelektriline RAM (FeRAM). Viimane on teinud suuri edusamme alumiiniumskandiumnitraadi integreerimisel.
2. Miks on kuumakindla mälu arendamine oluline?
Kuumakindel mälu suudab toimida kõrgetel temperatuuridel, mis oleks muidu ebasobivad traditsioonilistele elektroonikakomponentidele. See võime on oluline rakenduste puhul nagu kosmoseuurimine, tööstuslikud protsessid ja sõjaline varustus, kus tingimused ületavad tavapäraste mäluseadmete tööpiiranguid.
3. Millised on arvutustehnoloogia paigaldamise väljakutsed äärmuslikes keskkondades?
Suureks väljakutseks on tagada elektroonikakomponentide usaldusväärsus ja püsivus kõrgetel temperatuuridel või korrodeeruvates õhkkondades. Materjalid ja seadmed peavad taluma termilist lagunemist, oksüdatsiooni ja füüsilisi pingutusi. Lisaks võib sellistes tingimustes usaldusväärsete tööarihmade loomine olla samuti keeruline.
Alumiiniumskandiumnitraadi mälu eelised ja puudused
Eelised:
– Kõrge temperatuuritaluvus: Kuni 600 kraadi Celsiuse juures asuv kuumuskindlus muudab need mäluseadmed ideaalseks äärmuslikes tingimustes.
– Andmete stabiilsus: Võime säilitada andmete stabiilsust pikka aega kõrgetel temperatuuridel on kasulik rakenduste puhul, kus regulaarne hooldus pole teostatav.
– Vastupidavus: Tehnoloogia on tõestanud vastupidavust üle miljoni lugemistsükli, näidates kõrgemat vastupidavust kui paljud praegused mittevolatiilsed mälulahendused.
– Õhuke materjali kasutamine: Materjali õhuke paksus (45 nanomeetrit) võimaldab kompaktsemaid mälulahendusi ja potentsiaalselt suuremat andmetihedust.
Puudused:
– Tootmisraskus: Töötamine alumiiniumskandiumnitraadi õhukeste kiledega võib nõuda täpset ja potentsiaalselt kallist tootmisprotsessi.
– Kulud: Eksootilised materjalid ja uus tehnoloogia võivad kaasa tuua kõrgemad kulud võrreldes juba kehtestatud mäluliikidega.
– Piiratud kättesaadavus: Kui uus tehnoloogia, võib selle kuumakindla mäluga laialdasemaks muutumine ja integreerimine kommertstooteid kujutada aeganõudvat protsessi.
Põhilised väljakutsed ja vaidlused
– Tootmise mastaapsus: Kas tehnoloogiat saab mõistlikult skaalale tuua massitootmiseks, on ebaselge.
– Pikaajaline usaldusväärsus: Kuigi paljulubav, pole veel täielikult tõestatud pikaajaline usaldusväärsus aastakümnete jooksul, mis on oluline teatud rakenduste jaoks.
– Olemasolevate süsteemidega integreerimine: Võimalikud ühilduvusprobleemid ja integreerimine praeguste arhitektuuridega võivad olla väljakutse, nõudes olulisi ümberkujundusi või uusi lähenemisviise süsteemidisainis.
Soovitatavad seotud lingid selle teema kohta leiate järgmiselt:
– NASA kosmose tehnoloogia ja uurimise teabe kohta.
– IEEE tehnilised artiklid ja standardid elektroonika ja materjali teaduse valdkonnas.
Need ressursid võivad pakkuda täiendavat konteksti kuumakindla arvutustehnoloogia läbimurde rakenduste ja tähtsuse kohta.