科技日報訊 英國劍橋大學、新加坡數(shù)據(jù)存儲研究所與新加坡技術(shù)和設(shè)計大學的科學家經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，用可以在不同電狀態(tài)間快速來回切換的相變材料替代硅，他們有望研制出信息處理速度快1000倍且更小、更環(huán)保的計算機。研究發(fā)表在最新一期的美國《國家科學院學報》上。

　　據(jù)美國《大眾科學》網(wǎng)站近日報道，研究人員表示，這種基于硫化物玻璃的“相變材料（PCMs）”能在十億分之一秒（0.5納秒）內(nèi)，在合適的電脈沖下，在晶體和導電狀態(tài)與玻璃和絕緣狀態(tài)之間，可逆地快速切換。在由這種材料制成的非易失性存儲器單元內(nèi)，邏輯操作和存儲可在同一處進行，從而節(jié)省時間和能源；而在硅基計算機內(nèi)，邏輯操作和存儲在不同的地方進行。

　　目前，在大多數(shù)計算機、手機和平板電腦內(nèi)，計算都由硅基邏輯設(shè)備進行，計算結(jié)果也由硅制成的固態(tài)存儲器存儲。以前，增加計算能力的主要方法是通過減少邏輯設(shè)備的大小來增加其數(shù)量，但這種方法很快會行不通，因為目前最小的硅基邏輯和存儲設(shè)備約為20納米，而且采用層級架構(gòu)構(gòu)造而成。為了增加芯片上設(shè)備的數(shù)量，這些設(shè)備被制造得越來越小，層與層之間的縫隙也變得越來越小，可能會使存儲在非易失性存儲器設(shè)備某些區(qū)域內(nèi)的電子從縫隙中逃走，導致數(shù)據(jù)損失。而由相變材料制成的設(shè)備能克服這種限制，因為其已被證明能小到2納米。

　　因此，為了在不增加邏輯設(shè)備數(shù)量的情況下提高處理速度，替代方法是增加每個設(shè)備能執(zhí)行的計算數(shù)量，用硅根本無法做到這一點，而研究人員已經(jīng)證明，相變材料邏輯/存儲設(shè)備可以做到這一點。

　　相變材料首次于上世紀60年代研制而成，最初被用于光存儲設(shè)備（比如可重寫的DVD等）內(nèi)，現(xiàn)在主要用于電存儲領(lǐng)域且在某些智能手機內(nèi)替代硅基閃存。盡管已被證明能執(zhí)行邏輯計算，但這種相變材料也有缺陷：目前，它們的運算速度無法與硅相比，而且在初始的非結(jié)晶狀態(tài)下不穩(wěn)定。不過，研究人員在最新研究中發(fā)現(xiàn)，通過執(zhí)行可逆的邏輯操作過程——從晶體狀態(tài)開始，接著在單元內(nèi)融化這種相變材料，再到執(zhí)行邏輯操作，這種材料不僅可以變得更穩(wěn)定而且能更快地執(zhí)行操作。

　　該研究的領(lǐng)導者、劍橋大學化學學院的斯蒂芬·艾略特說：“我們希望用由相變材料制成的非易失性設(shè)備替代需要不斷刷新而耗能費時的動態(tài)隨機存儲器（DRAM）和邏輯處理器，最終研制出運行速度更快且更環(huán)保的計算機?！?/p>

　　（劉霞）