韩国科学技术院研发出用于神经形态计算的新型超低功耗存储器

韩国科学技术院（KAIST）（院长 Kwang-Hyung Lee）4 月 4 日宣布，电气工程学院 Shinhyun Choi 教授的研究团队开发出了下一代相变存储器*设备，具有超低功耗的特点，可以取代 DRAM 和 NAND 闪存。

相变记忆体指的是一种存储和/或处理信息的存储器件，利用热量将材料的结晶状态改变为非晶态或结晶态，从而改变其电阻状态。

现有的相变存储器存在一些问题，如制造高比例器件的制造工艺昂贵，运行时需要大量电力。为了解决这些问题，Choi 教授的研究团队开发出了一种超低功耗相变存储器件，它不需要昂贵的制造工艺，而是通过电学方法形成非常小的纳米（nm）级相变丝。这一新研发成果具有突破性的优势，不仅加工成本极低，而且还能以超低功耗运行。

DRAM 是最常用的存储器之一，速度非常快，但具有易失性，当电源关闭时数据就会消失。存储设备 NAND 闪存的读/写速度相对较慢，但它具有非易失性特点，即使在电源切断时也能保存数据。

图 1.本研究开发的超低功耗相变存储器件的图示，以及新开发的相变存储器件与传统相变存储器件的功耗对比。资料来源：韩国科学技术院新兴纳米技术与集成系统研究所

另一方面，相变存储器结合了 DRAM 和 NAND 闪存的优点，具有高速和非易失性的特点。因此，相变存储器作为可替代现有存储器的下一代存储器备受瞩目，目前正被作为一种存储器技术或模拟人脑的神经形态计算技术而积极研究。

然而，传统的相变存储器件在运行时需要消耗大量电能，因此难以制造出实用的大容量存储器产品或实现神经形态计算系统。为了最大限度地提高存储器件运行时的热效率，以前的研究工作主要集中在通过使用最先进的光刻技术缩小存储器件的物理尺寸来降低功耗，但这些研究在实用性方面受到了限制，因为功耗的改善程度微乎其微，而成本和制造难度却随着每次改进而增加。

为了解决相变存储器的功耗问题，Shinhyun Choi 教授的研究团队创造了一种在极小面积内电形成相变材料的方法，成功实现了超低功耗相变存储器件，其功耗比使用昂贵的光刻工具制造的传统相变存储器件低 15 倍。

Shinhyun Choi 教授对这项研究未来在新研究领域的发展充满信心，他说："我们开发的相变存储器件意义重大，因为它提供了一种新颖的方法，可以解决生产存储器件过程中的遗留问题，同时大大提高制造成本和能源效率。我们期待我们的研究成果能成为未来电子工程的基础，实现包括高密度三维垂直存储器和神经形态计算系统在内的各种应用，因为它开辟了从多种材料中进行选择的可能性。我要感谢韩国国家研究基金会和国家纳米实验室中心对这项研究的支持。"

4 月 4 日，国际著名学术期刊《自然》（Nature）4 月刊发表了这项研究的论文，KAIST 电气工程学院博士生 See-On Park 和博士生 Seokman Hong 作为第一作者参与了这项研究。

编译自:ScitechDaily