Memória Flash que resiste a até 600 °C promete levar IA ao Espaço

Um dos grandes impedimentos da aplicação da memória Flash em ambientes extremos pode estar com os dias contados: pesquisadores do departamento de Engenharia da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, apresentaram um novo tipo de componente para desenvolver os chips de estado sólido, que resiste a uma temperatura de até 600 °C, sem perda de desempenho.

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Ao resistir em ambientes para lá de insalubres, os pesquisadores acreditam ser possível usar soluções de computação de alto nível, incluindo as movidas por Inteligência Artificial (IA), onde até então não era possível, desde as profundezas da Terra até o Espaço profundo.

Memória Flash para aguentar o tranco

No preview do artigo (cuidado, PDF), os pesquisadores lembram que os materiais usados hoje em memórias Flash não resistem a altas temperaturas, e falham acima da marca de 200 °C, o que limita seu uso em ambientes de alta insalubridade, já que os dados tendem a ser perdidos. A solução da equipe foi usar um novo material, chamado AlScN, ou nitreto de escândio de alumínio ferroelétrico.

Em uma memória de estado sólido tradicional, os elétrons tendem a escapar conforme a temperatura sobe, o que afeta a capacidade de armazenamento. Isso não diz respeito apenas a uma temperatura ambiente realmente elevada, mas também envolve a exposição de elementos próximos muito quentes, como uma bateria de celular, por exemplo, em um ambiente especialmente quente, como debaixo do Sol forte.

O uso do AIScN no desenvolvimento de novas memórias mostrou melhorias significativas na durabilidade. Um módulo pode resistir a até 600 °C em média, e por um longo período, de aproximadamente 60 horas. O material é extremamente durável, garantido pela forte ligação entre os átomos, e é também capaz de fazer uma troca rápida entre estados, o que é crucial para garantir a usabilidade, afinal, não adiantaria muita coisa se os módulos fossem lentos para fazer a troca entre operações de leitura e gravação.

Como toda memória Flash, a feita com AIScN é não-volátil, ou seja, não perde dados sem uma corrente elétrica constante.

Segundo Dhiren Pradhan, pós-doutorando e um dos autores do estudo, o equilíbrio na espessura do módulo de memória, que usa um revestimento de AIScN envolvendo um "sanduíche" de metal-insulador-metal, incorporando eletrodos de níquel e platina, não poderia ser fino demais, sob o risco da alta atividade degradar o material. Pore outro lado, se fosse muito grosso, não havieria a condutividade necessária para armazenar os dados.

A equipe de Pradhan passou meses buscando a "região dos Cachinhos Dourados" que viabilizaria a operação do novo material, com todas as características desejadas, e chegaram a uma espessura de revestimento de AIScN de 45 nanômetros; o novo formato é compatível com soluções de alta performance, já usadas em ambientes extremos.

A ideia aqui não é fornecer memórias mais resistentes para o usuário comum, ao menos não em um primeiro momento. Os chips de AIScN podem viabilizar, por exemplo, a aplicação de dispositivos capazes de realizar processamento extremo, e precisam de unidades Flash que abarquem muitos dados. A pesquisa menciona o emprego de unidades Flash para sistemas computacionais voltados à pesquisa no Espaço, mas também em ambientes da Terra onde equipamentos precisam ser robustos, como as profundezas dos mares e da crosta terrestre, que oferecem pressão e temperaturas altíssimas.

Por fim, Pradhan menciona que o uso do AIScN pode servir para contornar as limitações do silício, cujas capacidades de processamento são menos que ideais em altas temperaturas. O carbeto de silício, que usa carbono em sua composição, é uma opção, mas nãoé tão eficiente quanto os transístores feitos de silício. A pesquisa indica que o novo módulo pode manter a capacidade de processamento alta, mesmo ficando quente demais, sem perder propriedades.

Óbvia que ainda estamos a alguns anos de vermos memórias Flash de AIScN chegarem ao mercado, mas se o novo material se mostrar viável (e escalável) para soluções de alta demanda, pode ser que ele seja adotado em aplicações aeroespaciais, industriais de ponta, na indústria petrolífera e mineradora, em geral, setores que têm grana para queimar, e só muito depois, deverão aparecer em produtos de consumo, quando o custo estiver para lá de amortizado.

Referências bibliográficas

PRADHAN, D.K., MOORE, D.C., KIM, G. et al. A scalable ferroelectric non-volatile memory operating at 600 °C. Nature Electronics (2024), 34 páginas, 29 de abril de 2024. Disponível aqui.

Fonte: Penn Today