通過用相變材料代替硅，最新研究表明，計算機處理信息的速度比當前模型快1000倍。

可以通過用“相變材料”（PCM）代替硅來克服計算機處理器和存儲器當前的大小和速度限制，后者可以在具有不同電態的兩個結構相之間可逆地切換-一個晶體狀態和一個導電狀態，另一個狀態玻璃狀和絕緣-十分之一秒。

基于PCM的設備的建模和測試表明，可以使用超短電壓脈沖的特定組合在非易失性存儲單元中執行邏輯處理操作，而這對于基于硅的設備是不可能的。

在這些新設備中，邏輯操作和內存位于同一位置，而不是像在基于硅的計算機中一樣位于同一位置。這些材料最終可以使處理速度比目前的普通筆記本電腦快500到1,000倍，同時使用更少的能源。結果發表在《美國國家科學院院刊》上。

該處理器由劍橋大學，新加坡A * STAR數據存儲研究所和新加坡科技設計大學的研究人員設計，使用一種基于硫屬化物玻璃的PCM，可以在極少的時間內熔化和重結晶。使用適當的電壓脈沖可以達到半秒（十億分之一秒）。

大多數計算機，移動電話和平板電腦執行的計算都是通過基于硅的邏輯設備執行的。用于存儲這種計算結果的固態存儲器也是基于硅的。負責這項研究的劍橋大學化學系的斯蒂芬·埃利奧特（Stephen Elliott）教授說：“但是，隨著對更快計算機的需求不斷增長，我們正在迅速達到硅功能的極限。

以前，提高計算機功能的主要方法是通過逐漸減小設備的大小來增加其包含的邏輯設備的數量，但是當前設備體系結構的物??理限制意味著這種情況很快變得幾乎不可能繼續。

當前，最小的基于硅的邏輯和存儲設備的大小約為20納米-比人的頭發大約薄4000倍-并分層構造。隨著器件越來越小以增加其在芯片上的數量，最終各層之間的間隙將變得如此之小，以至于存儲在閃存非易失性存儲器件某些區域中的電子將能夠隧穿出電子器件。設備，導致數據丟失。PCM設備可以克服這一尺寸縮放限制，因為已經證明它們的功能可低至約2納米。

在不增加邏輯設備數量的情況下提高處理速度的另一種方法是增加每個設備可以執行的計算數量，這是使用硅無法實現的，但是研究人員證明了PCM邏輯/內存設備可以進行多個計算。

PCM最早于1960年代開發，最初用于光學存儲設備，例如可重寫DVD。現在，它們開始用于電子存儲應用，并開始在某些智能手機中取代基于硅的閃存。

最近被證明可以執行內存內邏輯的PCM器件確實有缺點：當前，它們無法以與硅相同的速度執行計算，并且在開始的非晶相中缺乏穩定性。

但是，劍橋和新加坡的研究人員發現，通過反向執行邏輯操作過程（從結晶階段開始，然后融化單元中的PCM以執行邏輯操作），材料不僅更加穩定而且能夠執行操作快得多。

現有PCM的固有開關速度或結晶速度約為10納秒，使其適合于替換閃存。通過將速度進一步提高到不到一納秒（如劍橋大學和新加坡研究人員在2012年所證明的那樣），他們有一天可以用一種非持續更新的計算機動態隨機存取存儲器（DRAM）來代替它，而該存儲器需要不斷地更新。易失性PCM更換。

在基于硅的系統中，信息會亂七八糟，浪費時間和精力。該論文的主要作者，新加坡科技設計大學的戴斯蒙德·洛克博士說：“理想情況下，我們希望信息可以在同一位置生成和存儲。”“硅是瞬態的：信息生成，傳遞并必須存儲在其他地方。但是，使用PCM邏輯設備，信息就可以保留在生成信息的地方?！?/p>

“最終，我們真正想做的是用基于PCM的新型非易失性設備代替計算機中的DRAM和邏輯處理器，” Elliott教授說?！暗?，為此，我們需要接近一納秒的切換速度。當前，刷新DRAM在全球范圍內泄漏大量能量，這在經濟和環境上都是昂貴的。更快的PCM切換時間將大大減少這種情況，從而使計算機不僅速度更快，而且更加“環?！薄?/p>

該研究由英國工程和物理科學研究委員會（EPSRC）部分資助。

出版物：Desmond Loke等人，“由熔化過程驅動的超快相變邏輯器件”，PNAS，第1卷，第1期。 111號2014年3月37日；土井：10.1073 / pnas.1407633111

圖像：奧利弗·哈蒙德（Oliver Hammond）