Vähemmän energiaa käyttäviä muistitekniikoita

Tohokun yliopiston tutkijat ovat saavuttaneet maailman alhaisimman kirjoitustoiminnon tehokäytön SOT-RAM tyyppiselle muistirakenteelle. Se ei ainoastaan riko energiatehokkuutta, vaan se on myös uskomattoman nopea.

Tämä havainto voi johtaa edistysaskeliin muistipiirien teknologiassa, jotka myös edistävät vihreämpää ja tehokkaampaa tulevaisuutta.

Yksi valtavaa maailmanlaajuista kiinnostusta herättävä potentiaalinen ratkaisu on magnetoresistiiviset RAM-muistit (MRAM), jotka hyödyntävät magneettisia ominaisuuksia ylläpitääkseen korkean suorituskyvyn kuluttamatta liikaa virtaa. Erityisesti spin-orbit-vääntömomenttia hyödyntävällä magnetoresistitiivisellä RAM-muistilla (SOT-MRAM) on potentiaalia korvata SRAM kokonaan.

SOT-MRAM-muisti kuitenkin vaatii hieman hienosäätöä ennen kuin voimme virallisesti tehdä vaihdon – nimittäin sen energiatehokkuuden parantamista suurilla kirjoitusnopeuksilla ja ulkoisen magneettikentän tarvetta.

Tämän ratkaisemiseksi Tohokun yliopiston tutkimusryhmä, esittelivät jo vuonna 2019 viistossa olevan SOT-MRAM-teknologian, jonka kirjoitusnopeus on jopa 0,35 ns ilman avustavaa ulkoista magneettikenttää.

"Aiempi tutkimuksemme ratkaisi ongelman, joka liittyi avustavan ulkoisen magneettikentän tarpeeseen", Endoh kertoo. "Jotta tämä teknologia pysyisi nopeatempoisen, tekoälyyn ja esineiden internetiin perustuvan yhteiskuntamme vauhdissa, nykyinen tutkimus tehtiin kirjoituksen käyttötehon ongelman ratkaisemiseksi."

Onnistuneen työnsä seurauksena he saavuttivat maailman alhaisimman kirjoitustehon, 156 fJ, 75 asteen kulmassa olevissa SOT-rakenteissa, jotka oli valmistettu 300 mm:n kiekkoprosessilla. He osoittivat, että nämä SOT-MRAM-kennot vähensivät kirjoitustehoa (0,35 ns kenttävapaa kirjoitus) 35 % nykyisiin SOT-piiriteknologioihin verrattuna säilyttäen silti vakauden ja korkean TMR-suhteen.

Perinteisessä lämpöavusteisessa magneettisessa tallennuksessa (HAMR) laseria käytetään tallennusvälineen paikalliseen lämmittämiseen datan kirjoittamisen helpottamiseksi. Käytetty lämpöenergia kuitenkin haihtuu suurelta osin väliaineen sisällä eikä vaikuta suoraan tallennuksen tehokkuuteen. Lisäksi tämä korkean lämpötilan prosessi kuluttaa huomattavasti energiaa ja herättää huolta väliaineen magneettisesta ja fyysisestä heikkenemisestä, erityisesti toistuvassa käytössä.

Japanin kansallinen materiaalitieteen instituutin (NIMS) tutkimusryhmä keskittyi tallennusväliaineessa lasersäteilyn aikana syntyvään lämpötilagradienttiin. He kehittivät uuden rakenteen asettamalla antiferromagneettisen mangaani-platina (MnPt) -kerroksen rauta-platina (FePt) -tallennuskerroksen alle. Tämä rakenne saavutti noin 35 %:n parannuksen tallennustehokkuudessa perinteiseen HAMR-tekniikkaan verrattuna.

Lisäksi tutkimus osoitti, että spinmomenttia voidaan soveltaa kiintolevyihin (HDD), mikä tasoittaa tietä uudenlaiselle tallennustekniikoiden luokalle.

Aiheesta aiemmin:

Muisti-innovaatiot tasoittavat tietä EU:n tietotekniikan riippumattomuudelle

Uusia muistiratkaisuja spineillä ja pyörteillä

Harvinaisista maametalleista datamuisteja