Ograniczenia wielkości oraz prędkości współczesnych procesorów i układów pamięci można pokonać zastępując krzem materiałami zmiennofazowymi (PCM). Materiały takie są w stanie w ciągu miliardowych części sekundy zmieniać swoją strukturę pomiędzy przewodzącą krystaliczną a nieprzewodzącą amorficzną. Testy i symulacje przeprowadzone na urządzeniach z PCM wykazały, że operacje logiczne mogą być wykonywane w układach pamięci nieulotnej. Wystarczy dostarczać im odpowiednie impulsy elektryczne. Działania takie nie są możliwe w krzemie. Dzięki temu obliczenia mogą być wykonywane tam, gdzie przechowywane są dana. Z badań naukowców z University of Cambridge, Singapurskiego Uniwersytetu Projektowania i Technologii oraz Singapurskiego Instytutu Przechowywania Danych A*STAR wynika, że komputery korzystające z takiego rozwiązania przeprowadzałyby obliczenia nawet 1000-krotnie szybciej niż obecnie.
Obecnie obliczenia wykonywane są w krzemowych układach logicznych a dane do obliczeń oraz ich wyniki są wysyłane i przechowywane w osobnych krzemowych układach pamięci. Podstawową metodą przyspieszania pracy komputerów jest zwiększanie liczby układów logicznych na jednostce powierzchni, co wiąże się z koniecznością ciągłego zmniejszania wielkości poszczególnych elementów. Jednak współczesna technologia zbliża się do swoich fizycznych granic. Dalsze zmniejszanie komórek układów obliczeniowych i układów pamięci – a trzeba pamiętać, że najnowocześniejsze z nich są wykonane w technologii 20 nanometrów – grozi tunelowaniem się elektronów, czyli ich samoistnym przechodzeniem tam, gdzie nie powinny w danym momencie się znaleźć. To z kolei będzie wiązało się z utratą danych czy coraz większą liczbą błędów w obliczeniach. Materiały zmiennofazowe mogą rozwiązać ten problem, gdy dotychczas udowodniono, że będą dobrze pracowały nawet wówczas, gdy wielkość poszczególnych elementów spadnie do 2 nanometrów.
Alternatywnym sposobem na zwiększenie prędkości obliczeniowej jest zwiększeni liczby operacji logicznych wykonywanych przez urządzenie. W krzemie nie można tego zrobić bez zwiększania liczby podzespołów. Jednak jest to możliwe w PCM.
Materiały zmiennofazowe opracowano już w latach 60. ubiegłego wieku. Dopiero teraz zaczynamy je wykorzystywać w układach pamięci. Jednak dotychczas nikt nie próbował wykorzystać ich do obliczeń, gdyż po pierwsze nie są w stanie wykonać ich tak szybko, jak układy krzemowe, po drugie zać, okazało się, że na początku przechodzenia w fazę amorficzną są niestabilne. Jednak zespół z Wielkiej Brytanii i Singapuru wykazał właśnie, że jeśli operacje logiczne zaczniemy wykonywać najpierw od fazy krystalicznej, a następnie stopimy PCM i materiał przejdzie w fazę amorficzną, by wykonać obliczenia, to całość jest znacznie bardziej stabilna, a operacje można wykonywać znacznie szybciej. Przełączanie czyli krystalizacja PCM trwa około 10 nanosekund, co już teraz czyni te materiały interesującą alternatywą do budowy pamięci nieulotnych. Jednak już przed dwoma laty brytyjsko-singapurski zespół wykazał, że można skrócić proces krystalizacji do 1 nanosekundy. Takie układy pamięci mogłyby konkurować z obecnymi DRAM, a miałyby tę zaletę, że byłyby układami nieulotnymi.
W systemach opartych na krzemie informacja jest ciągle przesyłana między różnymi podzespołami komputera. To strata czasu i energii. Idealnie byłoby, gdyby informację można było przetwarzać i przechowywać w tym samym miejscu. W krzemie informacja jest generowana, przesyłana i przechowywana w innym miejscu. Ale w PCM informacja zostaje tam, gdzie została wygenerowana - mówi doktor Desmond Loke z Singapurskiego Uniwersytetu Projektowania i Technologii.Docelowo chcielibyśmy zastąpić zarówno układy DRAM jak i procesory jednym nieulotnym układem bazującym na materiałach zmiennofazowych. Jednak by to osiągnąć musimy skrócić czas przełączania pomiędzy fazami do około jednej nanosekundy. W obecnie wykorzystywanych komputerach konieczność odświeżania pamięci DRAM pochłania na całym świecie olbrzymie ilości energii. To bardzo kosztowne zarówno dla finansów jak i środowiska naturalnego. Wykorzystanie układów PCM pozwoliłoby na wyprodukowanie komputerów, które nie tylko działają szybciej, ale są również bardziej przyjazne środowisku - wyjaśnia profesor Stephen Elliott z Wydziału Chemii Cambridge University.
