211service.com
IBM se pokouší znovu objevit paměť
Nové paměťové zařízení založené na nanovláknech, které vyvíjejí výzkumníci z IBM, by mohlo kombinovat nejlepší vlastnosti různých typů paměti používaných dnes, snížit náklady a zlepšit výkon. Pokud se experimentální paměť rozšíří – a práce je stále ve velmi raných fázích vývoje – mohla by sloužit jako univerzální paměť, která by nahradila různé typy, které se nyní používají.
Nanodrátová paměť: Magnetický nanodrát (tenká čára nahoře) vyrobený ze železa a niklu je natažen mezi elektrické kontakty, aby se otestovaly vlastnosti, které by mohly vést k lepším paměťovým zařízením. Zařízení ukládá bity ve formě doménových stěn (zobrazeno dole), což jsou oblasti, kde se setkávají dvě magnetické oblasti v nanodrátu.
Stuart Parkin , experimentální fyzik ve společnosti IBM Výzkumné centrum Almaden , v San Jose, Kalifornie, říká, že paměť, která by zabalila sto bitů dat na jeden nanodrát, by mohla potenciálně uložit 10 až 100krát více dat než flash – typ paměti používaný v digitálních fotoaparátech a dalších malých přenosných zařízeních. – při provozu při mnohem vyšších rychlostech. A protože se jedná o polovodičovou paměť, byla by mnohem odolnější než magnetické pevné disky, které ke čtení a zápisu dat vyžadují mechanická zařízení. V zásadě bychom mohli být levnější než blesk, hustší než blesk a řádově rychlejší, říká Parkin. A nemá žádný opotřebovací mechanismus, takže je naprosto spolehlivý.
To vše by mělo být možné, říká Parkin, v důsledku aplikace nových poznatků o chování magnetických materiálů v nanoměřítku a elektronických proudů v těchto materiálech, které otevírají cestu k ukládání mnoha bitů dat na jediném nanodrátu. Parkin předvedl základní prvky nového typu paměti, ale ještě nepostavil kompletní prototyp.
I když je vývoj na počátku, výzkum přitáhl pozornost kvůli Parkinovým záznamům o zásadních průlomech v magnetické paměti. Jeho dřívější objevy a vynálezy vedly k tisícinásobnému zvýšení hustoty úložiště magnetických pevných disků, čímž připravily půdu pro masivní centra pro ukládání dat, která jsou klíčová pro dnešní internet, a také umožnily obrovskou úložnou kapacitu přenosných zařízení, jako je např. jako iPody. Nová paměťová zařízení by kombinovala výhody tří typů dnes široce používaných pamětí – pevné disky, flash disky a dynamickou paměť s náhodným přístupem (DRAM) – a zároveň by se vyhnula mnoha jejich nevýhodám. Stejně jako pevné disky, které jsou nejlevnější formou paměti, by zařízení navrhovaná Parkinem ukládala bity dat na magnetické médium. Ale na rozdíl od pevných disků by ke čtení a zápisu těchto bitů nevyžadovaly mobilní hlavu a rotující disky. Ve skutečnosti by neexistovaly žádné mechanické části, díky čemuž by byla Parkinova paměť mnohem robustnější než pevný disk: nehrozilo by nebezpečí, že čtecí a zapisovací hlava narazí do magnetického média a zničí data.
Multimédia
Podívejte se na dvě možné konfigurace nového typu paměti.
Parkinova paměť by měla také výhody oproti konvenční polovodičové paměti, jako je DRAM a flash. Na rozdíl od DRAM by nová paměť nevyžadovala nepřetržitý přísun energie pro ukládání dat. Flash paměť má také tuto výhodu oproti DRAM: může ukládat data bez napájení. Ale je to pomalé. Nová paměť by mohla být řádově rychlejší než flash a dokonce konkurovat rychlosti DRAM, říká Parkin.
Zařízení by také mohla být kompaktnější a levnější než běžné polovodičové paměti. Připomínaly by takovou paměť v tom, že by využívaly miliony těsně zabalených čtecích a zapisovacích zařízení uspořádaných v mřížce na paměťovém čipu, spíše než pár čtecích a zapisovacích hlav používaných v pevných discích. Ale na rozdíl od konvenční polovodičové paměti, ve které může každé zařízení pro čtení a zápis uložit jeden až čtyři bity, by bylo každé spárováno s nanodrátem, který může uložit mezi 10 a 100 bity. Tyto bity by byly rychle přemístěny po délce nanodrátu, poháněny elektronickými pulzy, pak by byly čteny nebo zapisovány v jednom bodě podél nanodrátu.
Použití menšího počtu čtecích a zapisovacích hlav na bit je kompaktnější než konvenční polovodičové paměti. To je zejména případ, kdy jsou nanodrátky orientovány kolmo k povrchu čipu, takže rostou vertikálně z povrchu, nebo jsou uloženy v jamkách vyřezaných do čipu. V tomto případě může být 100 bitů uloženo ve stejné oblasti jako jeden bit v běžném zařízení. Toto uspořádání je klíčem k tomu, aby byla paměť hustší a také levnější.
Pro technologii je kritické najít způsob, jak přemístit bity po délce nanodrátu. V Parkinově paměti by byly bity informací uloženy vytvořením nebo odstraněním magnetických hranic nazývaných doménové stěny v magnetických nanodrátech. Tyto bity doménové stěny vytvářejí charakteristická magnetická pole, která lze číst běžnými zařízeními. Výzkumníci již dlouho věděli, že tyto stěny lze pohybovat pomocí magnetických polí, ale stěny by se pohybovaly stejným směrem a navzájem by se ničily. Klíčem k tomu, aby zařízení fungovalo, bylo zjištění, že elektronické proudy v magnetických materiálech mohou pohybovat těmito stěnami podél nanodrátu a pohybovat je všemi stejným směrem. To umožňuje posouvat bity, aby je bylo možné číst pomocí jediného čtecího a zapisovacího zařízení.
Než budou taková paměťová zařízení na pultech obchodů, je třeba vyřešit několik problémů. Za prvé, proud potřebný k pohybu stěn domény je příliš vysoký na to, aby byl praktický. Parkin říká, že v této oblasti dělá pokroky, protože zjistil, že proud lze snížit úpravou frekvence krátkých výbojů. Pracuje také s novými materiály, které mohou vyžadovat méně proudu.
Druhou výzvou je lepší pochopení chování doménových zdí. Není například jasné, jak mohou defekty v nanodrátu ovlivnit jejich chování nebo jak blízko mohou být stěny domény rozmístěny. Odpovědi na tyto otázky mohou určit, o kolik hustší bude paměť, říká Stuart Wolf , profesor materiálové vědy a inženýrství na University of Virginia. Wolf také poznamenává, že bude obtížné dosáhnout rychlosti DRAM, protože při přesunu doménových stěn podél nanodrátu dojde k určitému zpoždění.
Vědci pravděpodobně začnou s jednoduchou verzí technologie, ve které jsou nanodrátky uspořádány na čipu horizontálně, nikoli vertikálně. To stále umožní, aby paměťové čipy byly přibližně stejně husté jako flash paměti, ale s mnohem rychlejším výkonem a větší spolehlivostí než flash. Pokud by to bylo úspěšné, ospravedlňovalo by to utrácet více peněz za ještě kompaktnější zařízení využívající vertikální nanodráty, říká Parkin.