Memória analógica multiplica armazenamento e reduz consumo de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/06/2023

As barreiras termoiônicas de bário permitem que a resistência da memória varie continuamente.
[Imagem: Markus Hellenbrand et al. - 10.1126/sciadv.adg1946]

Memória analógica

Um novo design para as memórias de computador promete melhorar o desempenho e reduzir as demandas de energia da internet e das tecnologias de comunicação, que devem consumir quase um terço da eletricidade global nos próximos dez anos.

As novas células de memória são feitas com óxido de háfnio, um material já utilizado pela indústria de semicondutores, e pequenas barreiras, que são levantadas ou abaixadas para permitir a passagem dos elétrons.

Além de ser um funcionamento em larga medida similar às sinapses do cérebro - é uma memória neuromórfica -, este método de alterar a resistência elétrica nos componentes permite que o processamento das informações e a memória coexistam no mesmo local, uma arquitetura conhecida como computação na memória.

A nova memória é baseada em uma tecnologia conhecida como memória de comutação resistiva, ou ReRAM. Enquanto as memórias eletrônicas convencionais trabalham com dois estados (1 ou 0), uma célula de memória de comutação resistiva é capaz de uma gama contínua de estados, algo como uma memória analógica. Memórias de computador baseadas neste princípio são teoricamente capazes de alcançar uma densidade e uma velocidade muito maiores.

"Um pendrive USB típico baseado em uma faixa contínua [de dados] seria capaz de armazenar entre dez e 100 vezes mais informações, por exemplo," disse Markus Hellenbrand, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

Micrografia das células de memória ReRAM.
[Imagem: Markus Hellenbrand et al. - 10.1126/sciadv.adg1946]

Compósito semicondutor

O óxido de háfnio é um velho conhecido da indústria de semicondutores, mas as tentativas de utilizá-los para construir memórias de comutação resistiva vinham falhando devido ao que é conhecido como problema da uniformidade: No nível atômico, o óxido de háfnio não tem estrutura, com os átomos de háfnio e oxigênio misturados aleatoriamente, dificultando seu uso para aplicações de memória.

Hellenbrand descobriu agora que, ao adicionar bário a filmes finos de óxido de háfnio, começam a se formar estruturas incomuns, perpendiculares ao plano do óxido de háfnio.

Essas "pontes" verticais ricas em bário são altamente estruturadas e permitem a passagem de elétrons, enquanto o óxido de háfnio circundante permanece não estruturado e, portanto, isolante. No ponto onde essas pontes encontram os contatos do dispositivo, foi criada uma barreira de energia, que os elétrons podem atravessar. Os pesquisadores conseguiram controlar a altura dessa barreira, que por sua vez altera a resistência elétrica do componente como um todo.

"Isso permite que existam vários estados no material, ao contrário da memória convencional, que tem apenas dois estados," disse Hellenbrand.

Outra vantagem é que, ao contrário de outros compósitos semicondutores, que exigem métodos caros de fabricação em alta temperatura, esses compósitos de óxido de háfnio se automontam em baixas temperaturas. Os protótipos apresentaram altos níveis de desempenho e uniformidade, tornando-os altamente promissores para aplicações de memória de próxima geração.

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