פריצה בהנדסה מבטיחה חישובים עמידים בתנאים קיצוניים
התקדמויות אחרונות בטכנולוגיית המחשבים הביאו ליצירת צורה חדשה של התקני זיכרון נון-וולטיליים (NVM) שמסוגלים לפעול תחת טמפרטורות גבוהות בצורה יעילה. הפריצה נובעת משימוש בחומר פרויאלקטרי אלומיניום סקנדיום ניטריד, אשר הוכיח עמידות מיוחדת לחום, פותחת פוטנציאל לחישובים על כוכב הלכת ונוספים, בעלי אקלים חמה.
ההתחממות עשויה לגרוע בכ-300 מעלות צלזיוס את התקני האחסון הנוכחיים דומי כונכים (SSDs). לעומת זאת, הדיודה הפרויאלקטרית החדשה שפותחה על ידי מדענים הוכיחה את היכולת לפעול ביעילות למשך מספר שעות בטמפרטורות שגובהן עד 600 מעלות צלזיוס.
ההתקדמות הזו מניחה כי התקני חישוב וחיישנים יכולים להיות מוצמדים בפרצופים הכי מאובקים בכדי, כולל צמתים גרעיניים ואתרי חקלאות וגז עמוק-לים בים. חוץ מזה, יש בו פוטנציאל ליישום שמימי בכוכבי הלכת החמים ביותר במערכת השמש, שם קודם, התקנים היו נופלים בידוי אף יותר בזמן.
מיוצר בשכבת חומר פרויאלקטרי אלומיניום סקנדיום ניטריד נע ומעמיק 45 ננומטר בלבד—שמונת־עשר מאות פעמים דק משיער האדם—טכנולוגיה זו מציגה את נקודת השיא של מדע החומרים. חוקר מאוניברסיטת פנסילבניה מאיר כי מכשירים אלה יכולים לעמוד במעל מיליון מחזורי קריאה ולייצר יחס ריבה יציב לפחמה של יותר משש שעות, הישג שלא נראה קודם.
עם הדפוס הזה, עידן חדש הנטה ללא מכשירים חישוב לבניי הסיליקון נראה, שמחזק את השילוב בין זכרון ומעבדים לעיבוד משימות עשירות נתונים כגון זמן ממומנות. בעתיד, זה יכול ללכת לאפשר עיבוד דחוסן בתנאים ציד אף בכוכבי על, מסמן מהפכה במדע מחשובי ותעשיית טכנולוגיה.
שאלות ותשובות על אחסון מחשב עמיד בחום
1. מהו זיכרון לא-וולטילי (NVM)?
זיכרון לא-וולטילי הוא סוג של זיכרון מחשב ששומר על מידע שמאוחסן אף כאשר המערכת לא מחוברת לחשמל. דוגמאות כוללות זיכרון פלאש, כגון זה המשמש בSSD, וFiRAM (זיכרון רמ פרואלקטרי). האחרון ראה התקדמות משמעותית עם האינטגרציה של אלומיניום סקנדיום ניטריד.
2. למה פיתוח של זיכרון עמיד בחום חשוב?
זיכרון עמיד בחום יכול לפעול בסביבות בטמפרטורות גבוהות שבהן אלמנטים אלקטרוניים מסורים אחרת לא יצליחו להתאים. יכולת זו חיוניות ליישומים כמו חקיקה לחלל, לתהליכים תעשייתיים ולציוד צבאי, בהם התנאים חורגים את הגבולות התורבים של מכשירי זיכרון סטנדרטיים.
3. מהן האתגרים ביישום טכנולוגיית מחשב בסביבות קיצוניות?
אחד מאתגרי התחזוקה היא לוודא אמינות וכדורסל של רכיבים אלקטרוניים בטמפרטורות גבוהות או באווירות נגופניים. חומרים ומכשירים חייבים להתנגד להדבקה תרמית, חמצה וללחציו פיזיקליים. מעבר לכך, ייצור פתרוני מקום כח לוודא אמינויות שעלולים להפעיל בכוונה תחת תנאים אלה נקשה.
יתרונות וחסרונות של זיכרון אלומיניום סקנדיום ניטריד
יתרונות:
– עמידות בטמפרטורות גבוהות: העמידות בחום עד 600 מעלות צלזיוס עושה את מכשירי הזיכרון אלה אידיאליים לתנאים קיצוניים.
– יציבות עמסה: היכולת לשמור על יוצריות נתונים לתקופות ארוכות בטמפרטורות גבוהות מועילה ליישומים שבהם תחזקת אחזקה קבועה איננה יידיאלית.
– עמידות: הטכנולוגיה הוכיחה כי עומדת למעל מאוחד מיליון מחזורי קריאה, אומרת על רמה גבוהה של אמינות שמוכרת את רוב פתרוני זיכרון לא-וולטיליים נוכחיים.
– שימוש בחומר דק: הדקות הסופר החומר (45 ננומטר) מאפשרות לפתרונות האחסון להיות יותר צמודות ואולי להחזיק באיכות נתונים גדולה יותר.
חסרונות:
– קושי בייצור: עבודה עם סרטים דקים מחומרים מתקדמים כמו אלומיניום סקנדיום ניטריד עשויה לדרוש תהליכי ייצור מדויקים ויקולים כלכליים אולי יקרים.
– עלות: חומרים אקזוטיים וטכנולוגיה חדשה עשויים לגרום לעלויות גבוהות בהשוואה לצורות זיכרון נצברות יותר מנצברות.
– גישה מוגבלת: כטכנולוגיה חדשה, עשוי להימשך הזמן עד שזיכרון עמיד בחום יהיה זמין בצורה שכיחה וייכנס למוצרים מסחריים.
אתגרים עיקריים ופרובוקציות מרכזיות
– בניהול ההפקה: האם טכנולוגיה תוכל לעמוד בעלויות ריכוש עבות ליצור מסחרי מאוד השאלה זו בלתי בהירה.
– אמינות לטווח גדול: למרות ההבטחות, אמינות לעוטף לאורך עשורים של פועלות, הכרח עבור מיישומים מסוימים, צריך להיבחן עדיין מלא.
– הידבקות עם מערכות קיימות: התאמה ושילוב עם ארכיטקטורות המחשב הנוכחיות עלול להיות אתגר, דיור מדובר בעיצובי מערכות חדשים או גישות חדשות העיצוב.
לינקים המוצעים מומשקים על נושא זה יכולים להיות נמצאים ב:
– NASA למידע אודות טכנולוגיית החלל והגילוי.
– IEEE למאמרים טכניים ותקנים בתחום האלקטרוניקה ומדע החומרים.
מקורי כאלה יכולים לספק היבנה מהקונטקסט נוסף על יישומים וחשיבותם של פריצה זו בטכנולוגיה של מחשב עמיד בחום.