颠覆性的忆阻器设计

让我们面对现实吧：虽然摩尔定律可能还没有完全失效，但它已经暂停了一段时间。通过改进制造工艺和简单地缩小晶体管尺寸来“轻松”提升性能的日子早已一去不复返了。

如今，希望逐年提高半导体性能的研发团队不仅要涉足晶体管架构本身，还要涉足材料工程。探索元素周期表中存在的元素可能会为半导体提供比硅所能提供的更高性能、更小和更节能的设计。

现在，斯坦福大学工程学院的一个研究小组已经转向地球上最珍贵的金属之一——钯——作为更快、更冷、更节能的内存架构的潜在场所。

研究团队的方法是基于这样的假设，即我们已经从互联网时代过渡到 AI 时代。斯坦福大学工程学院 Leland T. Edwards 教授 Shan Wang 表示，这项研究背后的想法是“在边缘启用人工智能——在你的家用电脑、手机或智能手表上进行本地训练——以应对心脏病等问题检测或语音识别。” 

然而，他补充说，要做到这一点，我们目前的技术作物不会削减它；我们需要一种存储器，它可以在没有任何产品投放市场的情况下在媒体上反复出现、反复出现：忆阻器。忆阻器是一种非易失性存储器，不需要持续的电流来将数据保存在其存储库中（查看此处了解忆阻器技术的更详细分类）。该论文的第一作者 Mahendra DC 对此做出了最好的解释：“我们正在用当前的技术碰壁，”DC 说。“所以我们必须弄清楚我们还有哪些其他选择。”

为了打破这堵墙，研究人员挑选出了一种钯化合物，锰钯三(manganese palladium three)，因为它具有最终（他们说）使忆阻器设计能够面世的必要特性。清单的一部分与我们当前的半导体制造技术有关：考虑用于新型半导体设计的任何材料都必须处理工具和供应线在硅领域根深蒂固的事实。因此，理想情况下，任何替代化合物都能够应用于当前的制造工艺，而无需进行大量（且昂贵的）工艺变更。

锰钯符合这一要求，但该化合物最重要的特性是其粒子被操纵成为记忆存储设备的方式。这里的信息不是来自电压状态，就像 NAND 闪存等标准存储设备的情况一样，而是通过操纵自旋化合物的电子取向。

从本质上讲，研究人员能够操纵电子的磁场，使其中心在北极和南极之间反弹。然后这些自旋方向之一（南北或南北）被用来表示 1 或 0 - 解锁我们所知道的计算背后的二进制系统。这种自旋数据存储方法被命名为“自旋轨道扭矩磁阻随机存取存储器”或 SOT-MRAM，它有可能比当前技术更快、更有效地存储数据，而且存储密度更高。

当然，所有这些研究都有一个重要警告：钯金目前几乎与黄金一样昂贵，但也是一种更为稀有的商品。更糟糕的是，目前世界上 40% 的钯金在南非开采，另有 44% 的钯金在俄罗斯开采。因此，从等式的物流和地缘政治方面来看，钯金的供应本身可能是一个问题。除此之外，SOT-MRAM 对钯金的需求增加肯定会推高其价格。在追求新颖的晶体管设计时，需要考虑所有这些。

总而言之，这项研究很有希望，但就像过去十年（甚至更长时间）的所有忆阻器新闻一样，我们似乎仍站在众所周知的黄砖路的起点。我们是否或何时看到最后的城堡，好吧，那是未来告诉我们的事情。

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