Znajdź zawartość

Podczas IEEE International Electron Devices Meeting IBM zaprezentował pamięć typu racetrack. Została ona wykonana za pomocą standardowych metod produkcyjnych. To niezwykle ważny czynnik, gdyż koszty wdrażania nowych technologii i budowy nowych linii produkcyjnych mogłyby uczynić racetrack nieopłacalną. Istotą technologii racetrack jest przesuwanie domen magnetycznych, w których zapisane są dane, wzdłuż wyznaczonych tras. Nad wykorzystaniem prądu do przesuwania domen eksperymentował w 2004 roku Stuart Parkin z IBM Almaden Research Center. Wówczas domeny przesuwały się zbyt wolno, by wykorzystać to zjawisko w praktyce. Na szczęście Parkin nie zniechęcił się i kontynuował badania. W 2008 roku IBM poinformował, że ma zamiar zbudować pamięci typu racetrack (racetrack memory - RM). Od trzech lat prowadzono bardzo intensywne badania i tworzono kolejne eksperymentalne układy. W końcu w ubiegłym roku IBM poinformował, że pokonano ostatnią przeszkodę na drodze do zbudowania RM - nauczono się precyzyjnie sterować ruchem domen magnetycznych. Pamięć racetrack składa się z miliardów nanokabli w kształcie litery U. Są one przytwierdzone do krzemowego podłoża. W każdym nanokablu można przechowywać setki bitów w formie pól magnetycznych rozmieszczonych wzdłuż niego. Pod wpływem napięcia elektrycznego domeny magnetyczne przesuwają się, a znajdująca się na zakończeniu kabli głowica mierzy magnetooporność domen, odczytując ich zawartość. Domeny przesuwają się z prędkością setek kilometrów na godzinę, a że mają do przebycia odległości liczone w nanometrach, błyskawicznie docierają do głowic odczytujących. Racetrack nie ma ruchomych części, więc się nie zużywa. Może przechowywać dane przez dziesięciolecia, używa niezwykle mało prądu i niemal nie wydziela ciepła. Pozwala na przechowywanie na tej samej przestrzeni co najmniej 100-krotnie więcej danych niż obecnie dostępne technologie. RM ma zatem wszystkie zalety pamięci RAM, flash oraz dysków twardych i jest pozbawiona ich wad. Teraz IBM zaprezentował RM wykonany w technologii CMOS. W eksperymentalnej maszynie badawczej, która przez lata służyła do rozwijania RM, nanokable były umieszczone na krzemowym podłożu, a inne podzespoły były podłączone oddzielnie. Wszystkie obwody były oddzielone od układu z nanokablami. Teraz zaprezentowaliśmy zintegrowany układ, którego wszystkie podzespoły znajdują się na jednym kawałku krzemu - mówi Stuart Parkin. Nowe pamięci wykorzystują niklowo-żelazne nanokable o długości 10 mikrometrów, szerokości 150 nanometrów i grubości 20 nanometrów. Na jednym końcu kabla znajduje się połączenie elektryczne, które wysyła impulsy o precyzyjnie kontrolowanym spinie, za pomocą których zapisywane są dane. Na drugim końcu znajduje się głowica odczytująca. Specjaliści z Instytutu Elektroniki Fundamentalnej z francuskiego Orsay, którzy wraz z innymi europejskimi ośrodkami pracują nad własną wersją RM mówią, że osiągnięcia IBM-a są imponujące, ale nie zawierają wszystkich koniecznych elementów. Podkreślają, że Błękitny Gigant umieścił w każdym nanokablu tylko jedną domenę magnetyczną. Stuart Parkin odpowiada, że intencją jego zespołu nie było w tej chwili prezentowanie pojemności RM, ale pokazanie, że układ taki można wyprodukować za pomocą standardowych technologii. Teraz naukowcy z IBM-a prowadzą eksperymenty, mające na celu umieszczenie jak największej liczby domen magnetycznych na pojedynczym nanokablu. Już dowiedzieli się, że zastosowanie innego materiału niż stop niklu i żelaza pozwoli na zwiększenie pojemności RM. Stopu niklu i żelaza (zwanego miękkim materiałem magnetycznym) standardowo używa się podczas badań, gdyż można go łatwo magnetyzować i rozmagnetyzować. Zespół Parkina eksperymentował już także z tzw. twardym materiałem magnetycznym, którego właściwości magnetyczne są związane z jego siatką krystaliczną i nie jest go łatwo rozmagnetyzować. Z badań nad tym materiałem dowiedzieliśmy się, że możemy bardzo szybko przesuwać domeny magnetyczne, które są jednocześnie mniejsze i silniejsze niż w miękkim materiale magnetycznym - mówi Parkin. To z kolei oznacza, że nie tylko będzie można zwiększać pojemność RM, ale że niedoskonałości w strukturze nanokabli nie będą prowadziły do zakłóceń w działaniu pamięci.

Naukowcy z IBM-a dokonali ostatniego odkrycia, która umożliwi powstanie pamięci racetrack. Po sześciu latach teoretycznych badań nowy rewolucyjny rodzaj pamięci może w końcu doczekać się pierwszych prototypów. Racetrack memory (RM) wykorzystuje spintronikę, a nazwę zawdzięcza swojej budowie. Składa się z miliardów nanokabli w kształcie litery U, które są przytwierdzone do krzemowego podłoża. Każdy z kabli przechowuje setki bitów danych. Są one przechowane w formie całej serii pól magnetycznych rozmieszczonych wzdłuż nanokabla. W przeciwieństwie do pamięci flash, która z czasem traci zdolności do przechowywania danych, RM w ogóle się nie zużywa. W miejscu, w którym kabel jest przytwierdzony do krzemu znajdują się niewielkie, nieruchome urządzenia odczytujące i zapisujące. Przyłożenie napięcia elektrycznego do nanokaba powoduje przesuwanie się magnetycznych domen, w których zapisane są informacje. Głowica odczytująca mierzy magnetooporność każdej z domen, odczytując w ten sposób zapisane informacje. Podobne, umieszczone obok urządzenie, może zapisywać dane odpowiednio manipulując napięciem elektrycznym. Domeny przesuwają się z prędkością setek kilometrów na godzinę, a że mają do przebycia dystans liczony w nanometrach, błyskawicznie znajdują się przy urządzeniach zapisujących i odczytujących. Racetrack nie ma ruchomych części, więc się nie zużywa. Może przechowywać dane przez całe dziesięciolecia. Do pracy wymaga bardzo mało energii elektrycznej i niemal nie wydziela ciepła, a zapis i odczyt przebiegają niezwykle szybko. Ponadto na tej samej przestrzeni pozwala upakować co najmniej 100-krotnie więcej danych niż obecnie używane pamięci. Ma więc wszystkie zalety pamięci RAM, flash i dysków twardych, a jednocześnie pozbawiony jest ich wad. Najnowsze badania, dokonane przez uczonych z IBM-a, pozwalaja na precyzyjne sterowanie ruchem domen magnetycznych. Naukowcy po raz pierwszy zmierzyli czas i dystans potrzebne do pełnego przyspieszenia ściany domeny w odpowiedzi na przyłożenie napięcia. Odkryliśmy, że ściany domen nie osiągają maksymalnej prędkości natychmiast po włączeniu napięcia oraz, że proces przyspieszania do wartości maksymalnej zajmuje im tyle samo czasu i przebywają wówczas taki sam dystans, co podczas zwalniania i zatrzymania się po wyłączeniu prądu. Dotychczas tego nie wiedzieliśmy, bo nie było jasne, czy ściana domeny ma masę oraz w jaki dokładnie sposób kompensują się procesy przyspieszania i zwalniania. Teraz wiemy, że nawet jeśli ściany domen mają masę, to domeny można precyzyjnie pozycjonować manipulując długością impulsu elektrycznego - powiedział doktor Stuart Parkin, twórca racetrack. Jeśli spełnią się wcześniejsze przewidywania Parkina, to pierwsze pamięci racetrack powinny trafić na rynek w ciągu 3-8 lat.