Munkamemória az energia diétán
Drezdai és bázeli kutatók megalapozták a memóriachipek újszerű koncepcióját. Lehetséges, hogy lényegesen kevesebb energiát fogyaszt, mint a korábbi fő memóriák - ez nemcsak a mobil alkalmazások, hanem az adatközpontok számára is fontos.
A jelenleg elterjedt, tisztán elektromos memóriachipeknek döntő hátrányuk van: "Ezek az emlékek ingatagak, ezért állapotukat folyamatosan meg kell újítani" - magyarázza Tobias Kosub, a tanulmány első szerzője és a Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) posztdoktora. - És ez sok energiát emészt fel.
A következmények többek között a nagy adatközpontokban is érezhetők: Egyrészt az áramszámlájuk növekszik a teljesítmény növekedésével. Másrészt a forgács egyre jobban felmelegszik energiafogyasztása miatt. Az adatközpontok egyre nehezebben tudják eloszlatni ezt a hőt, így néhány felhő szolgáltató hideg településeken kezdi meg számítógépes farmjainak felállítását.
Van alternatíva az elektromos memóriachipeknek: az úgynevezett MRAM-ok mágnesesen tárolják adataikat, így nem kell őket folyamatosan frissíteni. Viszonylag nagy áramokra van szükség az adatok memóriába írásához, ami csökkenti a megbízhatóságot: "Ha az írási vagy olvasási folyamatban hibás működések tapasztalhatók, akkor azzal fenyegetnek, hogy túl gyorsan elhasználódnak és megszakadnak" - mondja Kosub.
Elektromos feszültség az áram helyett
Éppen ezért a szakértők hosszú ideje dolgoznak az MRAM alternatíváin. A magnetoelektromos antiferromágneseknek nevezett anyagosztály különösen ígéretesnek tűnik. Villamos energia helyett elektromos feszültség aktiválja őket.
A probléma: "Ezekhez az anyagokhoz nem lehet könnyen hozzáférni" - magyarázza a HZDR csoport vezetője Dr. Denys Makarov. "Nehéz adatokat rájuk írni és újra kiolvasni." Eddig azt feltételezték, hogy ezek a magnetoelektromos antiferromágnesek csak közvetett módon olvashatók ki ferromágneseken keresztül, de ez számos előnyt tagad. Tehát a cél egy tisztán ferromágneses magnetoelektromos memória létrehozása (AF-MERAM).
A drezdai és a bázeli kutatócsoportok pontosan ezt érték el. Kidolgozták az AF-MERAM prototípust, amely ostya-vékony króm-oxid rétegre épült. A szendvics töltéséhez hasonlóan ez is két nanométer vékony elektróda közé van felszerelve. Ha erre feszültséget alkalmaz, a króm-oxid egy másik mágneses állapotba „fordul” - a bit meg van írva.
A legfontosabb: néhány voltos feszültség elegendő. "Más koncepciókhoz képest 50-szeresére csökkenteni tudtuk a feszültséget" - mondja Kosub. "Ez lehetővé teszi számunkra, hogy írjunk egy kicsit anélkül, hogy az alkatrész sok energiát fogyasztana és felmelegedne." Különleges kihívás volt az írott bit felolvasása.
Ehhez a fizikusok nanométeres finom platina réteget vittek fel a króm-oxidra (Cr2O3). A platina lehetővé teszi az olvasást egy speciális elektromos jelenség révén - az anomális Hall-effektus révén. A tényleges jel nagyon kicsi, és interferencia jelek helyezik el. "De sikerült kifejlesztenünk egy olyan módszert, amely elnyomja a zavaró jelek zivatarát, és lehetővé teszi a hasznos jel elérését" - magyarázza Makarov. - Ez volt az igazi áttörés.
A korlátozások
Az eredmények nagyon ígéretesnek tűnnek, ahogy Oliver G. Schmidt professzor, a résztvevő Leibniz Szilárdtest- és Anyagkutató Intézet (IFW) értékeli: „Izgalmas lesz látni, hogy ez az új megközelítés hogyan kapcsolódik a kialakult szilícium-technológiához Helyezze el a jövőt. ”A kutatók jelenleg a koncepció továbbfejlesztésén dolgoznak.
"Eddig az anyag szobahőmérsékleten működött, de csak egy kis ablakban" - magyarázza Kosub. „A króm-oxid célzott megváltoztatásával jelentősen meg akarjuk terjeszteni a területet.” A svájci nanotudományi intézet és a Bázeli Egyetem Fizikai Tanszékének munkatársai fontos hozzájárulást jelentenek. Kifejlesztettek egy új módszert, amellyel a króm-oxid mágneses tulajdonságai először feltérképezhetők a nanoszkópon.
A szakértők emellett több memóriaelemet is szeretnének integrálni egy chipbe. Eddig csak egyetlen elem került megvalósításra, amellyel csak egy bit menthető. A következő lépés - és fontos egy lehetséges alkalmazásban - egy tömb létrehozása több elemből. "Elvileg az ilyen memóriachipeket a szokásos számítógépgyártói eljárásokkal lehet gyártani" - mondja Makarov. "Nem utolsósorban emiatt az ipar nagy érdeklődést mutat az ilyen alkatrészek iránt."
Agy a számítógépben
Mi a neuromorf számítástechnika? - Mik a neuromorf chipek?