导语:前沿领域的计算机研究人员在不断寻找新的前沿技术，但内存技术的进步似乎一直很慢。然而，最近中国材料科学家发现的一种加快计算机运行速度的方法将打破这种令人失望的僵局。在所谓的相变随机存取存储器的帮助下，这种存储器功能强大，很可能被设计成个人电脑的新存储组件。看来内存升级也不远了。
图像| PCRAM示例
在几十年的发展中，电脑变得越来越小，越来越快，越来越便宜。然而，近年来，存储技术的发展正在放缓，这促使研究人员考虑一些可行的替代方案。早在20世纪60年代，就提出了PCRAM的概念。就像计算机中央处理器使用的可擦写板一样，它一直是传统RAM的有力竞争者。但它比大多数常见形式的RAM和动态RAM要慢得多)。当然，这些普通RAM只能暂时保存信息，但这也是它们不如PCRAM的地方。
图|这个模拟过程展示了晶核如何在600皮秒内膨胀，将相变材料从玻璃态转变为晶态。
计算机要求存储器的每一位容量必须准确记录一个二进制数。PCRAM通过在两种状态之间切换来实现这一点:它包含一个标准的晶体序列，允许简单的电流和玻璃样的原子混乱向相反的方向移动。当PCRAM处于高电导率结晶态时，它将记录0和1中的一个，而另一个数字将记录在低电导率玻璃态。PCRAM通过自身材料发出比较大的电流，从而加热存储器，改变其状态，从而达到写入或重写数据的目的。
问题在于，锗锑碲合金作为最常用的相变材料，由于是多种金属融合而成，因此极不稳定。有时10纳秒就从非晶态变成晶态，甚至和现在电脑常用的DRAM一样快；但是有时候太慢了，写数据位要几百纳秒，跟其他存储器没竞争力。
然而，现在中国科学院上海微系统与信息技术研究所的材料科学家饶峰和他的同事们找到了一种快速编程所有PCRAM位的方法。这种新方法可以使PCRAM比大多数存储器更快，包括NAND闪存，可以在没有电源的情况下存储。
图|几种内存的内存特性对比
大约十年前，从事GST研究的人发现，即使GST处于非晶态，相变材料也可以提供预晶导体，可以作为原子核转化为成熟晶体的原子立方排列。因此，饶峰团队进行了系统的计算机计算，以验证在GST混合物中加入不同的金属原子是否有助于高温相变时稳定原子核。
饶峰说，这些模拟实验表明，“钪原子是关键”。添加的钪可以与相邻的锑和碲原子形成强键，从而形成立方晶核。即使有足够大的电流通过材料，温度上升到600 K，晶核也能保持完整，促进了非晶相和晶相的快速切换。本周，他们在《科学》杂志上报告说，在成功合成这种新的相变材料后，他们发现原子核可以稳定工作，该材料在不到1纳秒的时间内在两种状态之间切换。
清华大学PCRAM专家郑宏志表示，新的速度提升几乎达到了“存储级媒体应用的理想值”。事实上，即使没有这样的速度提升，PCRAM也已经在一些数据中心被用作服务器。所以这个增强版的PCRAM可能很快就会扩大影响力，尤其是商业应用。不过，郑宏志补充道，这种增强版的PCRAM必须证明它可以扩大规模，在标准芯片制造条件的高温下仍然可以重写数据万亿次。如果PCRAM能够通过这些测试，那么计算机将继续朝着更小、更快、更便宜的方向发展。
或许这个现象值得思考。当传统计算机仍在驱动世界时，量子计算和传统计算的革命正在并行发生。增强版的PCRAM不仅会带来内存的革新和计算机运行速度的加快，还会为十字路口的传统计算注入新的动力。传统计算和量子计算在未来是否会占主导地位还是未知数，但无论如何，最终受益的还是人类自己。
翻译|楚明凡
编辑|星艺
评论|大豆
泰博科技李
因为对技术的热爱而发生。
