随着信息技术和微电子技术的高速发展，我们不可避免地进入了大数据时代，数据生产开始呈现爆炸式增长，这也愈发考验计算机系统的数据处理能力，但随着摩尔定律的极限，计算机系统的数据处理能力也将达到瓶颈期，传统的冯·诺依曼计算架构已成为计算机系统性能提升的主要技术障碍。必须有新的构架模式来提升计算机系统性能。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所正式宣布，该所研究员宋志棠、王浩敏组成的研究团队成功突破冯·诺依曼构架瓶颈，首次采用GNR边缘接触制备出目前世界上最小尺寸的相变存储单元器件。

据了解，相变随机存取存储器（PCRAM）可以结合存储和计算功能，加上PCRAM具有非易失性、编程速度快和循环寿命长等特优势是突破冯·诺依曼计算架构瓶颈的理想路径选择。

但该项研究的最大难点是：相变材料与加热电极之间的接触面积较大，容易造成相变存储器操作功耗较高，所以进一步降低功耗是推广普及相变存储器的最大难点。

因此，该研究团队选择使用石墨烯边界作为刀片电极来接触相变材料，它可实现万次以上的循环寿命。当GNR宽度降低至3nm，其横截面积为1nm2，RESET电流降低为0.9 μA，写入能耗低至~53.7 fJ。该功耗比目前最先进制程制备的单元器件低近两个数量级，几乎是由碳纳米管裂缝（CNT-gap）保持的原最小功耗世界纪录的一半。

据中国科学院表示，这是目前国际上首次采用GNR边缘接触实现极限尺寸的高性能相变存储单元，器件尺寸接近相变存储技术的缩放极限。该新型相变存储单元的成功研制代表了PCRAM在低功耗下执行逻辑运算的进步，为未来内存计算开辟了新的技术路径。

该项研究及具体细节已整理发表在知名学术杂志《先进科学》上，该论文题目为《通过石墨烯纳米带边界接触实现相变存储器编程功耗最小化》（Minimizing the programming power of phase change memory by using graphene nanoribbon edge-contact）。