Енергетична дієта для робочої пам’яті Тимчасове зберігання завдяки платиновому шару; Вбудоване обладнання;
Прототип нового чіпа пам'яті складається з тонкого шару оксиду хрому для зберігання, на якому для зчитування нанесений надтонкий шар платини.
Комп’ютер не може функціонувати без основної пам’яті. Однак поширені сьогодні електричні мікросхеми мають високі потреби в енергії. Дослідники з Дрездена та Базеля зараз заклали основи нової концепції чіпів пам'яті: основну пам’ять вони поклали на енергетичну дієту.
Чисто електричні мікросхеми пам'яті, які використовуються в даний час, є мінливими спогадами. Їм доводиться постійно оновлювати свій стан, що, за словами Тобіаса Косуба, першого автора дослідження та доктора медицини в Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), вимагає багато енергії. Центри обробки даних, серед іншого, відчувають наслідки. Зі збільшенням продуктивності зростають і ваші рахунки за електроенергію, і чіпи нагріваються все більше і більше через їх енергетичні потреби. Центри обробки даних важко розсіюють тепло. Щоб вирішити проблему, деякі хмарні оператори навіть заходять так далеко, що створюють свої комп’ютерні ферми в холодних регіонах.
Але є альтернатива мікросхемам електричної пам’яті: MRAM (магніторезистивна оперативна пам’ять) зберігають ваші дані магнітно, тому їх не потрібно постійно оновлювати. Однак для запису даних у пам’ять потрібні відносно великі струми. Однак сильні струми мінімізують надійність. "Якщо в процесі письма чи читання виникають несправності, вони загрожують занадто швидким зносом і поломкою", - пояснює Косуб, пояснюючи ще один ризик MRAM.
Електрична напруга замість електрики
Професійний світ вже деякий час працює над альтернативами MRAM. Клас матеріалу, який називається магнітоелектричними антиферромагнетиками, видається особливо перспективним. Замість електрики вони активуються електричною напругою. За словами доктора Денис Макаров, керівник групи HZDR, не може легко контролювати матеріали. "На них важко писати дані і читати їх знову", - пояснює Макаров. До цього часу передбачалося, що магнітоелектричні антиферромагнетики можна зчитувати лише побічно через феромагнетики, що заперечує багато переваг. Отже, мета - створити суто антиферомагнітну магнітоелектричну пам’ять (AF-MERAM).
Саме цього зараз досягли дослідницькі групи з Дрездена та Базеля. Вони розробили прототип AF-MERAM на основі тонкого шару оксиду хрому. Він встановлений між двома тонкими нанометровими електродами. Якщо на шар подається напруга, оксид хрому «перевертається» в інший магнітний стан - розряд записується. Достатньо напруги в кілька вольт. "Порівняно з іншими концепціями, нам вдалося зменшити напругу в 50 разів", - пояснює Косуб. "Це дозволяє нам писати трохи, а компонент не витрачає багато енергії і не нагрівається." Особливою проблемою була можливість знову прочитати записаний біт.
Для цього фізики нанесли тонкий нанометровий шар платини на оксид хрому. Платина дозволяє читати за допомогою особливого електричного явища - аномального ефекту Холла. Фактичний сигнал дуже малий і накладається на перешкоди. Але дослідникам вдалося розробити метод, який придушує грози перешкоджаючих сигналів і дозволяє отримувати доступ до корисного сигналу.
"Поки що матеріал працював при кімнатній температурі, але лише у невеликому вікні", - пояснює Косуб. Але діапазон слід значно розширити, спеціально змінивши оксид хрому. Вагомий внесок у це роблять колеги з Швейцарського інституту нанонаук та фізичного факультету Базельського університету. Ви розробили новий метод, за допомогою якого магнітні властивості оксиду хрому вперше можна нанести на наномасштаб. Експерти також хочуть інтегрувати кілька елементів пам'яті на одному чіпі. Наразі реалізовано лише один елемент, за допомогою якого можна зберегти лише один біт. Наступним кроком - і важливим у можливому застосуванні - є побудова масиву з декількох елементів. "В принципі, такі мікросхеми пам'яті можуть бути виготовлені за звичайними процесами виробників комп'ютерів", - говорить Макаров. Тому процес також представляє великий інтерес для промисловості.