通过亚纳秒功率耗散动力学探测揭示相变存储器的能量极限
介观与纳米尺度物理
2021-09-20 v2 材料科学
应用物理
摘要
相变存储器（PCM）是神经形态硬件的主要候选者之一，并已成为存储级存储器。然而，能耗和功耗仍是该技术的关键挑战，因为复位期间 PCM 器件的一部分必须自加热至其熔化温度。在此，我们表明通过最小化脉冲宽度可使复位能量降低近两个数量级。我们利用高速测量装置探测不同脉冲宽度（0.3 至 40 纳秒）下 PCM 单元的能量消耗，并揭示功率耗散动力学。一个关键发现是，对于宽于 PCM 短热时间常数（直径 50 nm 器件中 < 1 ns）的脉冲，开关功率（P）保持不变，从而在该范围内随着脉冲宽度 减小能量（E=P）下降。换言之，短脉冲期间的热限制是通过限制热扩散时间实现的。我们改进的编程方案将复位能量密度降至 0.1 nJ/m 以下，比最先进的 PCM 低一个数量级以上，可能改变未来数据存储技术的路线图，并为高能效神经形态硬件铺平道路。
引用
@article{arxiv.2104.11545,
title = {Uncovering Phase Change Memory Energy Limits by Sub-Nanosecond Probing of Power Dissipation Dynamics},
author = {Keren Stern and Nicolás Wainstein and Yair Keller and Christopher M. Neumann and Eric Pop and Shahar Kvatinsky and Eilam Yalon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.11545},
year = {2021}
}