目前计算机处理器和存储器的尺寸和速度限制可以通过用“相变材料”(PCMs)取代硅来克服，它能够在十亿分之一秒的时间内，在两种不同电态的结构相之间进行可逆转换——一种是晶体和导电态，另一种是玻璃和绝缘态。
观点:打破计算机的硅速度限制
基于pcm器件的建模和测试表明，使用特定的超短电压脉冲组合可以在非易失性存储单元中执行逻辑处理操作，这在基于硅器件中是不可能的。
在这些新设备中，逻辑操作和内存是在同一位置，而不是像在基于硅的计算机中那样是分开的。这些材料最终可以使处理速度比目前的普通笔记本电脑快500到1000倍，同时消耗更少的能源。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。
该处理器是由来自剑桥大学，新加坡A*STAR数据存储研究所和新加坡科技设计大学使用了一种基于硫系玻璃的PCM，它可以在0.5纳秒(十亿分之一秒)的适当电压脉冲下熔化和重结晶。
大多数电脑、移动电话和平板电脑的计算都是由基于硅的逻辑设备完成的。用于存储此类计算结果的固态存储器也是基于硅的。领导这项研究的剑桥大学化学系教授斯蒂芬·埃利奥特说:“然而，随着对更快的计算机的需求持续增长，硅的能力正迅速达到极限。”
以前，提高计算机能力的主要方法是通过逐步减小设备的尺寸来增加它们所包含的逻辑设备的数量，但当前设备架构的物理限制意味着这很快就变得几乎不可能继续下去。
目前，最小的基于硅的逻辑和存储设备大约有20纳米大小——大约比人的头发薄4000倍——而且是分层构造的。的设备是由更小的为了增加它们的数量在一个芯片,最终层之间的差距会如此之小的电子存储在某些地区的flash非易失性存储设备将能够隧道的设备,导致数据丢失。PCM器件可以克服这种尺寸缩放的限制，因为它们已经被证明可以在大约两纳米的范围内工作。
在不增加逻辑设备数量的情况下提高处理速度的另一种选择是增加每个设备可以执行的计算数量，这是使用硅是不可能的，但研究人员已经证明，PCM逻辑/存储设备可以进行多次计算。
pcm于20世纪60年代首次开发，最初用于光存储设备，如可重写dvd。现在，它们开始被用于电子存储应用，并开始在一些智能手机中取代基于硅的闪存。
最近被证明可以执行内存逻辑的PCM器件确实有缺点:目前，它们不能以与硅芯片相同的速度执行计算，而且它们在开始非晶阶段表现出缺乏稳定性。
然而,剑桥大学和新加坡的研究人员发现,通过执行逻辑运算过程反过来,从结晶相,然后融化的吸附细胞执行逻辑操作,材料更加稳定和有能力执行操作要快得多。
现有pcm固有的开关或结晶速度约为10纳秒，这使它们适合取代闪存。通过进一步提高速度，达到不到一纳秒(剑桥和新加坡的研究人员在2012年证明了这一点)，他们有一天可以用非易失性PCM替代需要不断刷新的计算机动态随机存取存储器(DRAM)。
在一个以硅为基础的系统中，信息被打乱，耗费时间和能量。“理想情况下，我们希望信息生成和存储在同一个地方，”该论文的第一作者、新加坡科技设计大学的德斯蒙德·洛克博士说。“硅是短暂的:信息生成、传递并必须存储在其他地方。但使用PCM逻辑设备时，信息会停留在产生信息的地方。”
埃利奥特教授表示:“最终，我们真正想做的是，用基于pc机的新型非易失性器件取代计算机中的DRAM和逻辑处理器。”“但为此，我们需要接近一纳秒的切换速度。目前，DRAM的更新在全球范围内泄漏了大量的能源，这在经济和环境上都是昂贵的。更快的PCM开关时间将大大减少这一点，使计算机不仅更快，而且更加‘绿色’。”
这项研究得到了英国工程和物理科学研究理事会(EPSRC)的部分资助。
如需更多信息，请访问http://www.cam.ac.uk．
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