Il s'agit d'un schéma de quatre bits dans divers états marche/arrêt. Le trépan est constitué d'un matériau à changement de phase d'une taille d'environ 10 nanomètres avec des électrodes en nanotubes de carbone. Le courant de programmation est 100 fois inférieur à la mémoire de pointe actuelle. Crédit :Eric Pop, Université de l'Illinois
Les technophiles qui rêvaient d'appareils mobiles qui fonctionnent plus longtemps avec du briquet, des batteries plus minces pourraient bientôt voir leur vœu exaucé.
Les ingénieurs de l'Université de l'Illinois ont développé une forme de mémoire numérique à très faible consommation d'énergie qui est plus rapide et utilise 100 fois moins d'énergie qu'une mémoire disponible similaire. La technologie pourrait donner aux futurs appareils portables une autonomie beaucoup plus longue entre les charges.
Dirigé par le professeur de génie électrique et informatique Eric Pop, l'équipe publiera ses résultats dans un prochain numéro de Science magazine et en ligne le 10 mars Science Express.
"Je pense que quiconque a affaire à beaucoup de chargeurs et branche des choses tous les soirs peut vouloir un téléphone portable ou un ordinateur portable dont les batteries peuvent durer des semaines ou des mois, " dit Pop, qui est également affilié au Beckman Institute for Advanced Science and Technology de l'Illinois.
La mémoire flash utilisée dans les appareils mobiles stocke aujourd'hui des bits sous forme de charge, ce qui nécessite des tensions de programmation élevées et est relativement lent. L'industrie a exploré plus rapidement, mais des matériaux à changement de phase (PCM) de puissance plus élevée comme alternative. Dans la mémoire PCM un bit est stocké dans la résistance du matériau, qui est commutable.
Le groupe de Pop a réduit la puissance par bit à 100 fois moins que la mémoire PCM existante en se concentrant sur un simple, pourtant facteur clé :la taille.
Plutôt que les fils métalliques standard dans l'industrie, le groupe a utilisé des nanotubes de carbone, de minuscules tubes de quelques nanomètres de diamètre – 10, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain.
"La consommation d'énergie est essentiellement calibrée avec le volume du bit mémoire, " a déclaré l'étudiant diplômé Feng Xiong, le premier auteur de l'article. "En utilisant des contacts nanométriques, nous sommes en mesure d'atteindre une consommation d'énergie beaucoup plus faible."
Pour créer un peu, les chercheurs placent une petite quantité de PCM dans un espace nanométrique formé au milieu d'un nanotube de carbone. Ils peuvent activer et désactiver le bit en faisant passer de petits courants à travers le nanotube.
"Les nanotubes de carbone sont les plus petits conducteurs électroniques connus, " A déclaré Pop. "Ils sont meilleurs que n'importe quel métal pour fournir une petite secousse d'électricité pour zapper le bit PCM."
Les nanotubes bénéficient également d'une stabilité extraordinaire, car ils ne sont pas sensibles à la dégradation qui peut affecter les fils métalliques. En outre, le PCM qui fonctionne comme le bit réel est immunisé contre l'effacement accidentel d'un scanner ou d'un aimant passant.
Les bits PCM à faible consommation pourraient être utilisés dans les appareils existants avec une augmentation significative de la durée de vie de la batterie. À l'heure actuelle, un téléphone intelligent consomme environ un watt d'énergie et un ordinateur portable fonctionne sur plus de 25 watts. Une partie de cette énergie va à l'écran, mais un pourcentage croissant est dédié à la mémoire.
"Chaque fois que vous exécutez une application, ou stocker des MP3, ou des vidéos en streaming, ça vide la batterie, " dit Albert Liao, un étudiant diplômé et co-auteur. « La mémoire et le processeur travaillent dur pour récupérer des données. Comme les gens utilisent moins leur téléphone pour passer des appels et les utilisent davantage pour calculer, il est important d'améliorer les opérations de stockage et de récupération des données."
Pop pense que, ainsi que des améliorations de la technologie d'affichage, la mémoire PCM à nanotubes pourrait augmenter l'efficacité énergétique d'un iPhone afin qu'il puisse fonctionner plus longtemps avec une batterie plus petite, voire au point de pouvoir courir simplement en récoltant son propre thermique, énergie mécanique ou solaire - aucune batterie requise.
Trois bits mémoire parallèles avec électrodes en nanotubes de carbone (image en fausses couleurs basée sur le profil topographique de la microscopie à force atomique). Le bit du milieu est à l'état « off », the other two are “on”. The silicon dioxide substrate is shown in blue. Credit:Eric Pop, Université de l'Illinois
And device junkies will not be the only beneficiaries.
"We're not just talking about lightening our pockets or purses, " Pop said. "This is also important for anything that has to operate on a battery, such as satellites, telecommunications equipment in remote locations, or any number of scientific and military applications."
En outre, ultra-low-power memory could cut the energy consumption and thus the expense of data storage or supercomputing centers by a large percentage. The low-power memory could also enable three-dimensional integration, a stacking of chips that has eluded researchers because of fabrication and heat problems.
The team has made and tested a few hundred bits so far, and they want to scale up production to create arrays of memory bits that operate together. They also hope to achieve greater data density through clever programming such that each physical PCM bit can program two data bits, called multibit memory.
The team is continuing to work to reduce power consumption and increase energy efficiency even beyond the groundbreaking savings they've already demonstrated.
"Even though we've taken one technology and shown that it can be improved by a factor of 100, we have not yet reached what is physically possible. We have not even tested the limits yet. I think we could lower power by at least another factor of 10, " Pop said.
