admin-ftian (Page 17)

Предложена энергонезависимая электрически перепрограммируемая память на самоформирующихся проводящих наноструктурах, основанная на явлении электроформовки в открытых «сэндвич»-МДМ-структурах. Проводящая среда (слой, обогащённый Si) образуется на поверхности свободного торца плёнки диэлектрика (SiO₂) в высоком электрическом поле за счёт деструкции молекул SiO₂ под действием потока электронов. Информация кодируется величиной туннельного тока через изолирующий зазор шириной h между катодом и проводящей средой (наноструктурой). h может изменяться в диапазоне нескольких нанометров путём приложения к МДМ-структуре импульсов напряжения определённой длительности и амплитуды, большей порогового значения U_th ≈ 3 В. Неразрушающее считывание обеспечивается измерением тока при напряжениях, меньше порогового. Разработаны, изготовлены и испытаны 4 варианта конструкции элемента памяти, последний из которых обладает уникальным сочетанием технических характеристик (см. ниже).

Основные характеристики памяти

Высокая радиационная стойкость: допустимая накопленная доза составляет более 1 Мрад. Высокая термическая стойкость: информация в матрицах сохраняется при температурах более 200 ºС. Высокое быстродействие: время записи информации в ячейку может составлять порядка 10 нс. Простота и высокая надёжность считывания информации: отношение токов высоко- и низкопроводящего состояний может составлять 10³ – 10⁵. Согласованность с кремниевой технологией: при изготовлении матрицы памяти используются только процессы стандартной кремниевой технологии, поэтому, а) матрица памяти может быть относительно легко изготовлена на одном чипе со схемами управления; б) для изготовления запоминающего устройства могут быть использованы стандартное технологическое оборудование. Потенциально высокая плотность записи информации: собственно элемент памяти реально является наноструктурой и занимает площадь 10 – 100 нм².

Мордвинцев В. М., Кудрявцев С. Е., Левин В. Л. Электроформовка как процесс самоформирования проводящих наноструктур для элементов энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4. № 1-2. С. 174-182.

Мордвинцев В. М., Кудрявцев С. Е. Исследование электрических характеристик элементов памяти на самоформирующихся проводящих наноструктурах в виде открытой «сэндвич»-структуры TiN–SiO₂–W // Микроэлектроника. 2013. Т. 42. № 2. С. 93-104.

Орликовский А.А., Бердников А.Е., Мироненко А.А., Попов А.А., Черномордик В.Д., Перминов А.В. Способ формирования обладающего эффектом переключения проводимости диэлектрического слоя //. Патент РФ на изобретение № 2449416 от 27 апреля 2012 г.

A.E.Berdnikov, S.V.Vasilev, A.A.Mironenko, A.A.Popov, A.V.Perminov, V.D.Chernomordick, V.N.GusevIncorporationingrowfilmpreviouslyproducednanosizeparticlesduringlowfrequency PECVD Bookofabstract. II International Conference on Modern Problems in Physics of Surfaces and Nanostructures (ICMPSN-2012), 23-25 May, 2012, Yaroslavl, Russia.Poster P3-14, p.142.

На основе предложенных концепций построения неоднородных вычислительных суперсистем разработан исследовательский проект мультиархитектурной вычислительной суперсистемы. В ее состав входит вычислительная подсистема, объединяющая большое число процессоров и подсистем, ориентированных на различные формы параллелизма. Эти формы параллелизма на аппаратном уровне отражаются не только на архитектуре и системе команд процессоров, но и на структуре всех уровней памяти, подсистемы ввода-вывода и средств межузлового обмена. Взаимная адаптация аппаратуры и программ обеспечивает более высокую эффективность и стимулирует создание новых вычислительных методов и моделей параллельного программирования. В состав системы также входят мониторно-моделирующая подсистема, периферийная подсистема и набор функционально-специализированных сетей, обеспечивающих пересылку данных, взаимодействие программ и управление вычислительными процессами.

Митропольский Ю.И. Концепции построения неоднородных вычислительных суперсистем // Сборник   “Распределенная обработка информации”. Труды Пятого Международного семинара. Новосибирск: Институт физики полупроводников СО РАН. 1995. С. 42 – 46.

Митропольский Ю.И. Мультиархитектурная вычислительная суперсистема // Труды Первой Всероссийской научной конференции “Методы и средства обработки информации”. М.: МГУ. 2003. С. 131 – 136.

Митропольский Ю.И. Развитие технологии, архитектуры и методов проектирования высокопроизводительных вычислительных систем // Труды Физико-технологического института РАН / Гл. ред. А.А. Орликовский, ФТИАН, М.: Наука, Т. 21, 2011, С. 31-55.

Митропольский Ю.И. Развитие концепции построения мультиархитектурных вычислительных систем // Многопроцессорные вычислительные и управляющие системы (МВУС-2009) // Материалы Международной научно-технической конференции. Т.1. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009, С. 100-103.

Одной из целей исследований является многократное повышение производительности унипроцессора, выполняющего одну программу. Так унипроцессором является многомодульный масштабируемый процессор. Он является основой построения многомодульной масштабируемой основной машины, предназначенной для выполнения прикладных программ. В состав процессора входят модули скалярной и адресной обработки (МСА) и векторной обработки (МВО). Последниепрограммно, логически и топологически могут быть объединены в цепочку. Если программа содержит сложные векторные функции или наборы связанных между собой векторных вычислений, то длина цепочки векторных операций, выполняемых параллельно, может достигать десятков. Число модулей в машине может достигать тысячи, что соответствует получению нескольких тысяч результатов в такт. В состав машины также входят модуль диспетчерского управления (МДУ), оперативная память и сеть объединения модулей.

Митропольский Ю. И. Мультиконвейерныйунипроцессор // Сборник  “Вычислительные машины с нетрадиционной архитектурой. Супер ВМ”. Выпуск 5. Неоднородные вычислительные суперсистемы. М.: ИВВС РАН. 1997. С. 50 – 64.

Митропольский Ю.И. Архитектура мультиконвейерного модульного  масштабируемого унипроцессора //   Труды Шестого Международного семинара  “Распределенная обработка информации”. Новосибирск: Институт физики полупроводников СО РАН. 1998. С. 30 – 34.

Митропольский Ю.И. Проект многоуровневой масштабируемой мультиархитектурной вычислительной системы // Труды Четвертой международной конференции РАСО ‘2008 “Параллельные вычисления и задачи управления”, 27-29 октября 2008 г., Москва, Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова.

Сетевая структура мультиархитектурной вычислительной системы основана на построении сети памяти, межузловой сети, сети управления и диагностической сети. Сеть памяти, имеющая иерархическую структуру, включает средства обмена между устройствами памяти различных уровней, в том числе обменно-редактирующие машины, обеспечивающие программно-управляемую адресацию данных. Сеть межузлового обмена, имеющая горизонтальную структуру, включает сетевые машины в вычислительных узлах и многомерную систему коммутации и обеспечивает взаимодействие параллельных программ. Сеть управления, входящая в составмониторно-моделирующей подсистемы, состоит из управляющих машин, имеющихся во всех вычислительных узлах, мультикомпьютерах и других структурных образованиях системы.

Митропольский  Ю.И. Принципы построения сетевой структуры мультиархитектурной вычислительной системы //Суперкомпьютерные технологии: разработка, программирование, применение (СКТ -2010)// Материалы Международной научно-технической конференции. Т.1. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010, С. 136-140.