IBM pokazał prototyp rewolucyjnego układu pamięci

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.

racetrack memory RM Stuart Parkin IBM pamięć