數十年來，科學家們一直在為從大型資料中心、到移動感測器、以及其它柔性電子裝置，尋找更快、更節能的儲存技術。
當前最具前途的資料儲存技術之一，就是所謂的相變儲存（Phase-Change Memory），特點是速度可達到傳統硬碟驅動器的數千倍。
但在新興儲存型別中，它並不是最節能的。
超快且節能的柔性相變儲存器（圖自：Asir Intisar Khan）
好訊息是，斯坦福大學的工程師們，剛剛克服了限制相變儲存器被廣泛採用的一個關鍵障礙，並在《科學》雜誌上分享了他們的最新研究成果。
研究資深作者、電氣工程教授 Eric Pop 表示：長期以來，人們一直期待著相變儲存能夠快速取代手機/ 膝上型電腦中的部件。
這項技術未被採用的一個原因，就是它需要消耗較其它技術方案更高的執行功率。但新研究已證明，相變儲存器可以做到既快速又節能。
與使用電晶體和其它硬體構建的傳統儲存晶片不同，典型的相變儲存裝置由夾在兩個金屬電極之間的鍺、銻、碲（簡稱 GST）三種元素的化合物製成。
以快閃記憶體驅動器為例，傳統裝置需要透過開啟和關閉電子流來儲存資料，以對應‘0’和‘1’。
而在相變儲存器中，‘0’和‘1’代表的是 GST 材料中的電阻測量值，即其對電流的抵抗程度。
研究合著者、博士生 Asir Intisar Khan 補充道：
典型相變儲存器件可儲存兩種電阻狀態，高電阻意味‘0’、低電阻意味‘1’。
不過我們可以利用電極電脈衝產生的熱量，使之在瞬間（1ns 內）從‘1’切換到‘0’，反之亦然 。
據悉，在加熱到大約 300 ℉（150 ℃）時，會使 GST 化合物變成具有低電阻的結晶狀態。
在大約 1000 ℉（600 ℃）時，結晶原子優惠變得無序，將一部分化合物轉變為具有更高電阻的非靜態。
利用兩種狀態之間的巨大電阻差異，便可運用於儲存器的資料儲存程式設計。
柔性相變儲存器基板 / 一連串彎曲形態（圖自：Crystal Nattoo）
Asir Intisar Khan 解釋稱：“這種巨大的電阻值變化過程是可逆的，並且能夠透過開啟和關閉脈衝來引起”。
即使離開幾年後，你仍可回來重新讀取每一位元的電阻。此外一旦完成了配置，它就無需任何電力來維持，特性上與傳統快閃記憶體儲存器類似。
不過在狀態之間的切換，通常需要消耗大量能源，這樣無疑會對移動電子產品的電池續航造成拖累。
為了應對這一挑戰，斯坦福大學團隊開始著手一種低功耗的相變儲存單元，並且可嵌入彎曲的智慧機、可穿戴身體感測器、以及其它基於電池供電的移動裝置上常用的柔性 PCB 基板上。
研究合著者、博士後學者 Alwin Daus 表示：“這些裝置需要低成本和低能耗才能有效工作，但許多柔性 PCB 基材會在 390 ℉（200 ℃）以上出現形變或熔化”。
有趣的是，Daus 與同事們發現，具有低熱導率的塑膠基板，有助於減少儲存單元中的電流、使之更高效地執行。Eric Pop 說道：
新器件在柔性基板上將程式設計電流密度降低到了 1/10，且能夠在剛性矽材料上降至 1/100 。
我們的秘密武器包含了三種成分，分別是（1）由奈米記憶材料層組成的超晶格，（2）將超晶格層填充到其中的奈米級孔隙單元，（3）隔熱柔性基板。
在運用上述三招之後，其共同顯著地提升了能源效率。
（Science傳送門）
展望未來，這項技術有望在移動 / 柔性裝置上實現更快速、節能的儲存，並推動智慧家居、生物醫學監視器等實時感測器的發展。
Alwin Daus 表示：“感測器對電池續航有極大的限制，收集原始資料併發送到雲端的效率非常低。若能在本地完成儲存資料的處理，新技術將對物聯網提供極大的幫助”。
Asir Intisar Khan 補充道：
現代計算機有獨立的計算和儲存晶片，它們在一個地方計算資料並轉儲到另一個地方，但這種來回挪騰是非常低能效的。
若能借助相變儲存技術實現‘儲存內計算’（in-memory computing ），便可彌合這部分效能差距。
只是它需要一個具有多電阻狀態的相變裝置，且每一個都可用於儲存。
最後，儘管典型相變儲存器僅保有高或低兩種電阻狀態，但該研究團隊已經實現了四電阻狀態的程式設計，這也是邁向靈活記憶體計算的重要一步。
此外若將相變儲存器應用於大型資料中心，當前資料儲存所佔的 15% 電力消耗也可得到極大的緩解。
