Daleko nam już do punktu, w którym komputery osobiste są jedynymi posiadanymi przez nas urządzeniami przetwarzającymi dane. Właściwie bardziej osobiste są mniejsze urządzenia, takie jak smartfony. Jednak i te już dawno nie stanowią granicy miniaturyzacji i fizycznej bliskości. Mamy w końcu opaski, smartwatche, czy inne urządzenia IoT, takie jak inteligentne bandaże, czy plastry. Ponieważ coraz więcej chipów umieszczamy w coraz większej ilości urządzeń noszonych pojawia się potrzeba elastyczności — i to dosłownie. Natomiast do elastycznych procesorów właśnie dołączyły elastyczne pamięci.
Elastyczna pamięć
Zespół badawczy z Uniwersytetu Stanforda prowadzi badania nad zginaną pamięcią, która może służyć jako pamięć masowa dla elastycznej elektroniki. Wszystko dzięki możliwości wytrawienia układów na elastycznym podłożu. Wyprodukowane urządzenie testowe można było owinąć wokół metalowego pręta o średnicy 8 mm i to nadal działało. Nie odnotowano spadku wydajności nawet po 200 cyklach zginania i prostowania, a zapisane informacje można było odczytać do 1000 razy, zanim zaobserwowano jakiekolwiek straty danych.
Zobacz też: Polacy pokochali zakupy online — te dane mówią same za siebie
Próbując opracować opcje przechowywania danych w elastycznym medium, badacze zbadali pamięć zmiennofazową (PCM). Dodawanie elastyczności do elektroniki było dotychczas najczęściej realizowane poprzez wykorzystanie elementów opartych na tworzywach sztucznych (polimerach), ponieważ posiadają one właściwości wymagane do tego, aby nie pękać pod ciśnieniem. Naukowcy odkryli, że tworzywo sztuczne może być jednym z najważniejszych czynników umożliwiających badania nad PCM w ogóle, ponieważ może ono służyć jako izolator, co oznacza, że nie przewodzi dobrze ciepła ani prądu elektrycznego.
Czym dokładnie jest PCM?
PCM wykorzystuje składniki, które zmieniają swoją organizację atomową, gdy osiągają pewne progi termiczne. Jak wyjaśniają naukowcy:
Materiały zmiennofazowe wykorzystują zmiany w strukturze do różnic w oporze elektrycznym, które są atrakcyjne dla pamięci komputerowej i aplikacji przetwarzania. Do tego celu wykorzystano kilku warstw tellurku antymonu i tellurku germanu osadzonych bezpośrednio na elastycznym podłożu poliimidowym. Urządzenie wykazuje działanie wielopoziomowe z niską gęstością prądu przełączania. Połączenie zmiany fazy i właściwości mechanicznych jest atrakcyjne dla dużej liczby pojawiających się zastosowań dla elastycznej elektroniki.
Aby poznać przechowywaną wartość (lub wartości, ponieważ przemiana fazowa ma wystarczająco dużo różnych poziomów przewodności, aby można było z nich wyprowadzić wielobitową informację), wystarczy przesłać przez nią maleńką ilość prądu i obliczyć opór. PCM to nic innego jak banki pamięci wykonane z materiałów zmiennofazowych, które wykazują tę uniwersalność stanów. Jedną z korzyści jest to, że stany są zazwyczaj koherentne: nie zmieniają się same z siebie. To sprawia, że jest to system pamięci trwałej, co oznacza, że do odtworzenia informacji nie jest wymagany stały dopływ energii, co jest ważne z punktu widzenia efektywności energetycznej.
Rewolucyjne tworzywo sztuczne
Problem z typowymi materiałami zmiennofazowymi polega jednak na tym, że aby wytworzyć wystarczającą ilość ciepła do zainicjowania przemiany fazowej, należy przepuścić przez nie energię, a to obniża wydajność. To właśnie tutaj tworzywo sztuczne może okazać się rewolucyjne. Naukowcy ze Stanforda odkryli, że tworzywo sztuczne nie tylko sprawiło, że półprzewodnik pamięci stał się na tyle elastyczny, że można go zginać, ale także obniżyło zapotrzebowanie na energię potrzebną do zapisania informacji w pamięci. Tworzywo polimerowe izoluje materiał zmiennofazowy, spowalniając straty energii, które w przeciwnym razie nastąpiłyby, gdyby ciepło rozchodziło się poza obszar materiału zmiennofazowego. Naukowcy twierdzą, że zapotrzebowanie na energię ich projektu PCM jest 100 razy niższe niż obecnie produkowanych na podłożu krzemowym.
Zobacz też: Aparaty Galaxy S22 Ultra rozpisane — wiemy, co Samsung może poprawić w kolejnym flagowcu
Ostatecznie, badania te przyczyniają się do rozwoju elastycznych znaczników, które mogłyby być stosowane w materiałach o bardzo niskim poborze mocy, które wymagają elastyczności od elektroniki. To pozwoli skonstruować biomonitory, które można przymocować do narządów wewnętrznych. Badania mogą również pomóc w zrewolucjonizowaniu obliczeń opartych na przemianie fazowej, które są już preferowane np. w szkoleniu sieci neuronowych.
Źródło: Tomshardware