韓国の研究チームが次世代AI相変化メモリを開発 消費電力を最大76%削減

韓国のメディアが報じたところによると、データの保存と処理の過程で熱を制御し、消費電力を最大で現行レベルより76%削減できる次世代AI相変化メモリが開発された。相変化メモリは、物質が結晶状態と非結晶状態の間で示す電気抵抗の違いを利用して情報を記憶するもので、不揮発性メモリに属し、高速動作と単一セルでの複数情報記憶の特性を備えている。これが人工知能やインメモリコンピューティングの分野における次世代のストレージソリューションとして注目されている。

韓国研究財団は9月11日、高麗大学電気電子工学科のキム・ゴンソ教授の研究チームが「二重隔離相変化ヘテロ構造メモリ」を実現したと発表した。このメモリは、特性の異なる2種類の材料を組み合わせることで、メモリ内部の熱拡散と相変化領域を段階的に制御するものである。この研究成果は、国際学術誌『International Journal of Extreme Manufacturing』（極端製造）にオンラインで掲載された。

新型相変化メモリ技術がエネルギー消費を大幅に削減

生成AIと大規模言語モデルによってもたらされるデータ量の急増に伴い、相変化メモリは現行のストレージに代わる技術として広く注目されている。しかし、従来の相変化メモリには固有のボトルネックが存在する。データの書き込み時に発生する熱が周辺に拡散し、エネルギーを無駄にするだけでなく、相変化領域の正確な制御が難しくなる。さらに、低電圧で駆動する材料は耐熱性が低く、耐熱性の高い材料は高い電圧を必要とするという、相反する問題が存在する。

研究チームは、デバイス内に2種類の遷移金属カルコゲナイド——NiTe₂とMoTe₂——を同時に配置する新しい構造を導入した。ここで、NiTe₂は熱伝導層として機能し、低電圧でも効率的に熱を発生させて伝達する。一方、MoTe₂は熱遮断層として、熱が外側に拡散するのを抑える。この設計により、研究チームはメモリ内部の熱の移動経路を自律的に設計し、相変化が発生する位置と範囲を正確に制御することに成功した。

実験の結果、この構造によりメモリの内部熱流経路を必要に応じて設計することが可能になり、最終的に消費電力を現行の方式より76%削減し、同時にデバイスの耐久度（つまり駆動回数）を110%向上させることができた。