Inženjeri su razvili novu elektromagnetsku računalnu memoriju

MRAM-580x351Koristeći električni napon umjesto električne struje, istraživači s UCLA Henry Samueli škole inženjerstva i primijenjene znanosti napravili su značajan napredak ultrabrzom, visoko kapacitivnom klasom računalne memorije poznatom pod nazivom magnetnootporna memorija sa nasumičnim pristupom (MRAM).

UCLA tim je poboljšao memoriju MeRAM (elektromagnetska memorija s nasumičnim pristupom) koja ima veliki potencijal za korištenje u budućim memorijskim čipovima u gotovo svim elektronskim primjenama, uključujući mobitele, tablete, računala, mikroprocesore. Isto tako primjenu će moći pronaći u tzv. pohranjivačima podataka kao što su SSD diskovi u računalu i velikim podatkovnim centrima.

MeRAM-ova ključna prednost nad postojećom tehnologijom jest izvanredno mala potrošnja s velikom gustoćom, velikom brzinom čitanja i ispisa te nehlapljivosti, tj. sposobnosti da se podaci zadrže prilikom isključenja napajanja, slično kao kod hard diskova ili USB-a, ali s prednošću da je MeRAM je mnogo brži.

Trenutna magnetska tehnologija se zasniva na ćeliji spin-prijenosa sile (STT) koja koristi magnetsko svojstvo elektrona bazirajući se na spinu koji ovisi o naboju. STT koristi električnu struju kako bi pomicala elektrone za upis podataka u memoriju.

STT trenutno prevladava u memorijskoj tehnologiji, a njeni strujno bazirani mehanizam još uvijek zahtjeva veliku potrošnju što zapravo znači da stvara toplinu prilikom upisa podataka. Samim time kapacitet memorije se ograničuje na način da bitovi podataka, fizički gledano, trebaju veće područje. Manje-bitni kapacitet znači i veća cijena po bitu što STT tehnologiju ograničava prilikom primjene.

S MeRAM-om, UCLA tim zamijenio je STT tehnologiji primjenu električne struje sa električnim naponom za upis podataka u memoriju. Na taj način se eliminira protok velikog broja elektrona kroz žicu, te primjenom električnog napona razlikom električnog potencijala za prebacivanje magnetskih bitova za upis informacija u memoriju. Rezultat te zamjene u računalnoj memoriji jest stvaranje manje topline čineći energetsku efikasnost 10 do čak 1000 puta. Memorija može biti čak i više od 5 puta gušća što omogućuje više bitova spremljenih na istom fizičkom području, a to znači i manju cijenu po bitu.

Istražiteljski tim je vodio voditelj projekta Kang L. Wang, UCLA Ratheon profesor elektrotehnike. Uključeni u projekt su bili Juan G. Alzate, student elektrotehnike i Pedram Khalili, znanstveni suradnik elektrotehnike te projektni menadžment UCLA-DARPA razvojnog programa nehlapljive logike.

„Sposobnost prebacivanja nanorazine magnetom koristeći napon je postojeće i brzorastuće područje istraživanja magnetizma“ kaže Khalili. „Ovaj rad predstavlja odgovore na pitanja kako kontrolirati smjer prebacivanja koristeći naponske pulseve, kako osigurati da uređaj funkcionira bez potrebe za vanjskim magnetskim poljem, te kako ga integrirati u jako gusto memorijsko polje.“

„Kada se razvije u proizvod“ dodao je Khalili, „MeRAM-ova prednost nad postojećom tehnologijom je vrlo nisko rasipanje snage što omogućuje ekstremno gust MRAM. Otvara se mogućnost nove primjene gdje su niska cijena i visok kapacitet glavna ograničenja.“

Said Alzate, jedan od sudionika projekta kaže: „ Nedavna najava prvog komercijalnog čipa STT-RAM otvara vrata MeRAM-u budući da ti uređaji dijele sličnost u primjeni materijala te industrijskim procesima, prevladavaju sličnosti sa postojećom strujnom logikom kruga STT-RAM-a dok se ublažavaju ograničenja snage te gustoće.“

Istraživanje je prezentirano 12. prosinca u časopisu “Voltage-Induced Switching of Nanoscale Magnetic Tunnel Junctions” na skupu 2012 IEEE, Međunarodnom skupu električnih uređaja u San Franciscu.

MeRAM koristi nanorazinsku strukturu ćelija magnetski izoliranih čvorišta koji imaju nekoliko slojeva poredanih jedan navrh drugoga, uključujući dva sastava magnetskog materijala. Dok je jedan sloj magnetskog smjera stalan, ostali se mogu manipulirati električnim poljem. Uređaji su osjetljivi na električno polje. Kada se uspostavi električno polje ono reagira na električni napon razlike električnog potencijala između dva sloja. Taj napon akumulira ili troši elektrone na površini određenog sloja upisujući bitovne podatke u memoriju.

„Ultra niska potrošnja spintronike kao što je ova ima potencijal primjene izvan memorijske industrije“ kazao je Wang. “Omogućuje se novi iskorak u elektroničkom sustavu gdje bi se memorija integrirala logički i programski što bi u potpunosti eliminiralo standby napajanje te uvelike unaprijedila njihovu funkciju.”, nadodao je.

Izvor: UCLA

Leave a Comment