211service.com
IBM forsøger at genopfinde hukommelsen
En ny nanotråd-baseret hukommelsesenhed, der udvikles af forskere hos IBM, kunne kombinere de bedste kvaliteter af de forskellige typer hukommelse, der bruges i dag, og dermed reducere omkostningerne og forbedre ydeevnen. Hvis den eksperimentelle hukommelse falder ud – og værket stadig er i de meget tidlige udviklingsstadier – kunne den tjene som en universel hukommelse, der erstatter de forskellige typer, der nu bruges.
Nanowire hukommelse: En magnetisk nanotråd (tynd linje i toppen) lavet af jern og nikkel strækkes mellem elektriske kontakter for at teste egenskaber, der kan føre til bedre hukommelsesenheder. Enheden gemmer bits i form af domænevægge (vist forneden), som er områder, hvor to magnetiske områder i nanotråden mødes.
Stuart Parkin , en eksperimentel fysiker hos IBM's Almaden Forskningscenter , i San Jose, Californien, siger, at hukommelsen, som ville pakke hundrede bits af data på en enkelt nanotråd, potentielt kunne lagre 10 til 100 gange mere data end flash - den type hukommelse, der bruges i digitale kameraer og andre små bærbare enheder – mens du kører med meget højere hastigheder. Og fordi det er solid-state-hukommelse, ville det være langt mere robust end magnetiske harddiske, som kræver mekaniske enheder til at læse og skrive data. I princippet kunne vi være billigere end flash ville være, tættere end flash ville være, og størrelsesordener hurtigere, siger Parkin. Og der er ingen slid-out-mekanisme, så den er fuldstændig pålidelig.
Alt dette burde være muligt, siger Parkin, som et resultat af at anvende ny indsigt i magnetiske materialers opførsel i nanoskala og de elektroniske strømme i disse materialer, der åbner vejen for lagring af mange bits af data på en enkelt nanotråd. Parkin har demonstreret de grundlæggende elementer i den nye type hukommelse, men har endnu ikke bygget en komplet prototype.
Selvom det er tidligt i udviklingen, har forskningen tiltrukket sig opmærksomhed på grund af Parkins track record for at lave store gennembrud inden for magnetisk hukommelse. Hans tidligere opdagelser og opfindelser har ført til en tusind gange stigning i lagertætheden af magnetiske harddiske, hvilket baner vejen for de massive datalagringscentre, der er afgørende for nutidens internet, samt muliggør den enorme lagerkapacitet i bærbare enheder som f.eks. som iPods. De nye hukommelsesenheder ville kombinere fordelene ved de tre typer hukommelse, der bruges i vid udstrækning i dag - harddiske, flashdrev og dynamisk tilfældig adgangshukommelse (DRAM) - samtidig med at de undgår mange af deres ulemper. Ligesom harddiske, som er den billigste form for hukommelse, vil Parkins foreslåede enheder gemme bits af data i et magnetisk medium. Men i modsætning til harddiske ville de ikke kræve et mobilt hoved og roterende diske for at læse og skrive disse bits. Faktisk ville der ikke være nogen mekaniske dele, hvilket gør Parkins hukommelse meget mere robust end en harddisk: Der ville ikke være nogen fare for, at læse-skrivehovedet styrtede ind i det magnetiske medie og ødelægger data.
Multimedier
Se to mulige konfigurationer af en ny type hukommelse.
Parkins hukommelse ville også have fordele i forhold til konventionel solid-state hukommelse såsom DRAM og flash. I modsætning til DRAM ville den nye hukommelse ikke kræve en kontinuerlig tilførsel af energi til at lagre data. Flash-hukommelse har også denne fordel i forhold til DRAM: den kan gemme data uden strøm. Men det er langsomt. Den nye hukommelse kunne være størrelsesordener hurtigere end flash, og endda konkurrere med DRAM-hastigheden, siger Parkin.
Enhederne kunne også være mere kompakte og billigere end konventionel solid-state hukommelse. De ville ligne en sådan hukommelse ved, at de ville bruge millioner af tætpakkede læse-skrive-enheder opstillet i et gitter på en hukommelseschip, snarere end de få læse-skrivehoveder, der blev brugt i harddiske. Men i modsætning til konventionel solid-state-hukommelse, hvor hver læse-skrive-enhed kan gemme mellem en og fire bit, vil hver være parret med en nanotråd, der kan gemme mellem 10 og 100 bit. Disse bits ville blive hurtigt shuttlet langs længden af nanotråden, drevet frem af elektroniske impulser, derefter læst eller skrevet på et punkt langs nanotråden.
Brug af færre læse-skrivehoveder pr. bit er et mere kompakt arrangement end konventionel solid-state hukommelse. Dette er især tilfældet, hvis nanotrådene er orienteret vinkelret på overfladen af chippen, således at de vokser lodret fra overfladen, eller er aflejret i brønde skåret ind i chippen. I dette tilfælde kan 100 bits lagres i det samme område som én bit i en konventionel enhed. Dette arrangement er nøglen til at gøre hukommelsen tættere og også billigere.
Det afgørende for teknologien er at finde en måde at skubbe bits langs længden af en nanotråd. I Parkins hukommelse vil informationsstykker blive lagret ved at skabe eller fjerne magnetiske grænser kaldet domænevægge inden for magnetiske nanotråde. Disse domænevæg-bits skaber karakteristiske magnetiske felter, der kan læses med konventionelle enheder. Forskere har længe vidst, at disse vægge kan flyttes ved hjælp af magnetiske felter, men væggene ville bevæge sig i samme retning og udslette hinanden. Nøglen til at få enheden til at fungere var opdagelsen af, at elektroniske strømme i magnetiske materialer kan flytte disse vægge langs en nanotråd og flytte dem alle i samme retning. Det gør det muligt at flytte bits rundt for at blive læst af enkelte læse- og skriveenheder.
Før sådanne hukommelsesenheder vil være på butikshylderne, er der et par problemer, der skal løses. For det første er den nødvendige strøm til at flytte domænevæggene alt for høj til at være praktisk. Parkin siger, at han gør fremskridt på denne front, efter at have opdaget, at strømmen kan reduceres ved at justere frekvensen af korte udbrud. Han arbejder også med nye materialer, der måske kræver mindre strøm.
En anden udfordring er at få en bedre forståelse af adfærden af domænevægge. For eksempel er det ikke klart, hvordan defekter i en nanotråd kan påvirke deres adfærd, eller hvor tæt domænevæggene kan placeres. Svarene på disse spørgsmål kan bestemme, hvor meget tættere hukommelsen vil være, siger Stuart Wolf , professor i materialevidenskab og teknik ved University of Virginia. Wolf bemærker også, at det vil være vanskeligt at nå DRAM-hastighederne, da der vil være en vis forsinkelse involveret i at flytte domænevægge langs en nanotråd.
Forskerne vil formentlig starte med en simpel version af teknologien, hvor nanotrådene er arrangeret vandret på en chip i stedet for vertikalt. Dette vil stadig gøre det muligt for hukommelseschipsene at være omtrent lige så tætte som flash-hukommelse, men med langt hurtigere ydeevne og større pålidelighed end flash. Hvis det lykkes, ville det retfærdiggøre at bruge flere penge på endnu mere kompakte enheder ved hjælp af lodrette nanotråde, siger Parkin.