メモリとストレージの性質を兼ね備える夢のデバイス「ユニバーサルメモリ」がついに実現か

by maxxyustas

スマートフォンの性能をチェックしている時に、メモリや内蔵ストレージという項目を目にしたことがある人も多いはず。記事作成現在、スマートフォンの大半は「RAMのメモリ」と「フラッシュメモリのストレージ」という2種類の半導体メモリでデータを扱っていますが、最近の研究によりその両方の役割を果たす夢のメモリ、その名も「ユニバーサルメモリ」の実現につながる技術が発見されたことが明らかになりました。

Room-temperature Operation of Low-voltage, Non-volatile, Compound-semiconductor Memory Cells | Scientific Reports
https://www.nature.com/articles/s41598-019-45370-1

Discovery of a “Holy Grail” with the invention of universal computer memory | Lancaster University
https://www.lancaster.ac.uk/news/-discovery-of-a-holy-grail-with-the-invention-of-universal-computer-memory

Scientists Create 'Universal' Computer Memory That Could Change The Way We Store Data
https://www.sciencealert.com/this-new-kind-of-universal-computer-memory-could-be-the-low-energy-tech-we-need

ユニバーサルメモリとは、「高速だが電源供給がなければ記憶内容が消えてしまうRAM」と、「RAMより低速だが電源を切っても記憶内容が消えないフラッシュメモリ」の両方の長所を兼ね備えた半導体メモリです。

このユニバーサルメモリは長い間、技術者の夢として語られており、これまでさまざまなタイプの半導体メモリが開発されながらも、記憶容量や製造コストといった制約から広く普及するには至ってきませんでした。

そんな中、ユニバーサルメモリの実現につながる新技術を開発したのが、ランカスター大学のManus Hayne教授らの研究グループです。研究グループは量子力学の応用により、電源がなくてもデータを保持可能な「不揮発性」と、高速かつ低消費電力で読み書きが可能な「低電圧スイッチング」という、これまで両立させることが不可能だといわれてきた機能を併せ持つ化合物半導体のメモリセルの理論を確立することができたとのこと。

以下の画像のうち左側は化合物半導体メモリセルの構造図。右側は最も薄いところで1.2nmほどの厚さしかないアンチモン化アルミニウムとヒ化インジウムが層になっている様子を表した図です。

この新しい化合物半導体メモリセルは極めて高速で読み書き可能な上に、データを保持するために電力を供給し続ける必要がないため、実用化されれば「キーストロークとキーストロークの間だけ瞬間的に省エネスリープモードに入る」ようなPCも開発可能だとのこと。

そして、最も重要な特徴が消費電力が極めて小さいという点です。具体的には、DRAMの100分の1・フラッシュメモリの1000分の1の消費電力しかありません。

一説には、2025年までに通信機器は全世界で生み出される電気エネルギーの5分の1を消費するようになるといわれており、「データ津波」と呼ばれているこの事態への対応が急がれていました。

新しい化合物半導体メモリセルを採用したデバイスがデータセンターに導入されると、ピーク時の消費電力を5分の1にまで抑えることが可能だとのこと。研究グループは将来的に、ユニバーサルメモリが既存のDRAMやフラッシュメモリに取って代わると考えており、半導体市場に与えるインパクトは1000億ドル(約11兆円)以上の規模にものぼると見積もられています。

研究グループは既にこの新技術についての特許を取得しており、複数のテクノロジー企業から接触を受けているとのこと。Hayne氏は「我々の技術は現行のメモリの100分の1の消費電力と、来たるべき宇宙時代にも通用するデータ保存期間を兼ね備えています」と語り、新技術が環境問題の解決だけでなく、遠い未来をも見据えたものであるという自信をのぞかせました。