Электротермохимическая оперативная память, или ETCRAM, работает иначе, чем обычная цифровая память, которая представляет информацию в виде единиц и нулей на кремниевых пластинах. Вместо того чтобы ограничиваться двумя значениями, ETCRAM может сохранять диапазон аналоговых значений, используя локализованный нагрев и электрические импульсы для изменения свойств материалов внутри устройства.
Команда исследователей из Национальной лаборатории в Сандии продемонстрировала подход с использованием материалов из оксида тантала и ванадия. В результате появилась технология памяти, способная хранить информацию с гораздо большей точностью и динамическим диапазоном, чем существующие технологии аналоговой памяти. Поскольку устройство может находиться во множестве различных аналоговых состояний, а не просто переключаться между нулем и единицей, исследователи изучают возможность его использования для выполнения некоторых вычислительных задач с меньшим энергопотреблением.
«Разработанная нами технология призвана преодолеть ограничения существующих вычислительных технологий и действительно повысить энергоэффективность», — считают ученые. «ETCRAM способна обеспечить в 100 раз более высокую точность, чем существующие передовые технологии, и как минимум на три порядка больший динамический диапазон». Это значение числа, которое можно сохранить в аналоговом формате.
Как это ни удивительно, один из самых простых способов понять ETCRAM — представить себе аккумулятор.
«Вы можете рассматривать ETCRAM как запоминающее устройство», — объясняют исследователи. «Вы можете зарядить аккумулятор наполовину, а затем прекратить зарядку и использовать эту энергию. Представьте состояние аккумулятора как память. Он сохраняет это состояние «.
Команда начала с того, что исследователи уже знают о свойствах материалов, используемых в батареях. Но материалы, которые хорошо накапливают энергию, не обязательно хорошо подходят для хранения информации. Например, ионы лития полезны для накопления энергии, но не идеальны для хранения данных, к которому стремилась команда из Сандии.
«Мы хотим хранить максимальное количество информации в определенном объеме», — сказал Фуллер. «Сложность электрохимии часто заключается в том, насколько медленно она работает. Хитрость в том, чтобы заставить этот элемент памяти работать, заключалась в его самонагреве». Он нагревается при активации электрохимических процессов, и именно это обеспечивает очень широкий динамический диапазон и высокую точность».
Самонагрев помогает ускорить электрохимический процесс, используемый для программирования памяти.
Команда также изучает возможности применения этой технологии в периферийных вычислениях, при которых информация обрабатывается рядом с местом ее сбора, а не всегда отправляется в центральный процессор или удаленную вычислительную систему.
Рассмотрим камеру смартфона. Датчик улавливает свет, и телефон выполняет большую часть обработки изображения локально, с помощью специального оборудования, прежде чем на экране появится итоговое изображение. В периферийных вычислениях или вычислениях, выполняемых рядом с датчиком, большая часть такой обработки — или анализа на более высоком уровне — может быть перенесена еще ближе к датчику, вплоть до аналоговой обработки или обработки смешанных сигналов на самом датчике, чтобы уменьшить объем необработанных данных, передаваемых в другое место.
Выполнение большего объема вычислений там, где собираются данные, может помочь повысить скорость и энергоэффективность, особенно по мере того, как датчики будут все чаще использоваться в повседневных устройствах.