211service.com
IBM probeert geheugen opnieuw uit te vinden
Een nieuw op nanodraad gebaseerd geheugenapparaat dat door onderzoekers van IBM wordt ontwikkeld, zou de beste eigenschappen van de verschillende soorten geheugen die tegenwoordig worden gebruikt kunnen combineren, waardoor de kosten worden verlaagd en de prestaties worden verbeterd. Als het experimentele geheugen zich ontwikkelt - en het werk bevindt zich nog in de zeer vroege stadia van ontwikkeling - zou het kunnen dienen als een universeel geheugen, ter vervanging van de verschillende typen die nu worden gebruikt.
Nanodraad geheugen: Een magnetische nanodraad (dunne lijn bovenaan) gemaakt van ijzer en nikkel wordt tussen elektrische contacten gespannen om eigenschappen te testen die zouden kunnen leiden tot betere geheugenapparaten. Het apparaat slaat bits op in de vorm van domeinwanden (onderaan weergegeven), dit zijn gebieden waar twee magnetische gebieden in de nanodraad samenkomen.
Stuart Parkin , een experimenteel fysicus bij IBM's Onderzoekscentrum Almaden , in San Jose, CA, zegt dat het geheugen, dat honderd bits gegevens op een enkele nanodraad zou bevatten, mogelijk 10 tot 100 keer meer gegevens zou kunnen opslaan dan flash - het type geheugen dat wordt gebruikt in digitale camera's en andere kleine draagbare apparaten -terwijl ze met veel hogere snelheden werken. En omdat het een solid-state geheugen is, zou het veel steviger zijn dan magnetische harde schijven, die mechanische apparaten nodig hebben om gegevens te lezen en te schrijven. In principe zouden we goedkoper kunnen zijn dan flash zou zijn, dichter dan flash zou zijn, en orden van grootte sneller, zegt Parkin. En er is geen slijtagemechanisme, dus het is volkomen betrouwbaar.
Dit alles moet mogelijk zijn, zegt Parkin, door het toepassen van nieuwe inzichten in het nanoschaalgedrag van magnetische materialen en de elektronische stromen in deze materialen die de weg vrijmaken voor het opslaan van vele bits data op een enkele nanodraad. Parkin heeft de basiselementen van het nieuwe type geheugen gedemonstreerd, maar heeft nog geen compleet prototype gebouwd.
Hoewel het nog in een vroeg stadium van ontwikkeling is, heeft het onderzoek de aandacht getrokken vanwege Parkin's track record voor het maken van grote doorbraken in magnetisch geheugen. Zijn eerdere ontdekkingen en uitvindingen hebben geleid tot een duizendvoudige toename van de opslagdichtheid van magnetische harde schijven, wat de weg vrijmaakte voor de enorme data-opslagcentra die cruciaal zijn voor het internet van vandaag, evenals de enorme opslagcapaciteit van draagbare apparaten zoals als iPods. De nieuwe geheugenapparaten zouden de voordelen combineren van de drie soorten geheugen die tegenwoordig veel worden gebruikt - harde schijven, flashdrives en dynamisch willekeurig toegankelijk geheugen (DRAM) - terwijl veel van hun nadelen worden vermeden. Net als harde schijven, die de goedkoopste vorm van geheugen zijn, zouden de door Parkin voorgestelde apparaten stukjes gegevens op een magnetisch medium opslaan. Maar in tegenstelling tot harde schijven, zouden ze geen mobiele kop en draaiende schijven nodig hebben om deze bits te lezen en te schrijven. Er zouden inderdaad geen mechanische onderdelen zijn, waardoor het geheugen van Parkin veel robuuster zou zijn dan een harde schijf: er zou geen gevaar zijn dat de lees-schrijfkop in de magnetische media crasht en gegevens vernietigt.
Multimedia
Bekijk twee mogelijke configuraties van een nieuw type geheugen.
Het geheugen van Parkin zou ook voordelen hebben ten opzichte van conventioneel solid-state geheugen zoals DRAM en flash. In tegenstelling tot DRAM zou het nieuwe geheugen geen continue toevoer van energie nodig hebben om gegevens op te slaan. Flash-geheugen heeft ook dit voordeel ten opzichte van DRAM: het kan gegevens zonder stroom opslaan. Maar het is traag. Het nieuwe geheugen kan orden van grootte sneller zijn dan flash, en kan zelfs evenaren met de snelheid van DRAM, zegt Parkin.
De apparaten zouden ook compacter en goedkoper kunnen zijn dan conventioneel solid-state geheugen. Ze zouden op zo'n geheugen lijken doordat ze miljoenen dicht opeengepakte lees-schrijfapparaten zouden gebruiken die in een raster op een geheugenchip zijn gerangschikt, in plaats van de weinige lees-schrijfkoppen die in harde schijven worden gebruikt. Maar in tegenstelling tot conventioneel solid-state geheugen, waarin elk lees-/schrijfapparaat tussen de één en vier bits kan opslaan, zou elk worden gekoppeld aan een nanodraad die tussen de 10 en 100 bits kan opslaan. Deze bits zouden snel over de lengte van de nanodraad worden gependeld, voortgestuwd door elektronische pulsen, en vervolgens op één punt langs de nanodraad worden gelezen of geschreven.
Het gebruik van minder lees-schrijfkoppen per bit is een compactere opstelling dan conventioneel solid-state geheugen. Dit is met name het geval als de nanodraden loodrecht op het oppervlak van de chip zijn georiënteerd, zodat ze verticaal vanaf het oppervlak groeien, of worden afgezet in putjes die in de chip zijn uitgehouwen. In dit geval kunnen 100 bits in hetzelfde gebied worden opgeslagen als één bit in een conventioneel apparaat. Deze opstelling is essentieel om het geheugen dichter en ook goedkoper te maken.
Cruciaal voor de technologie is het vinden van een manier om bits langs de lengte van een nanodraad te pendelen. In het geheugen van Parkin zouden stukjes informatie worden opgeslagen door magnetische grenzen, domeinmuren genaamd, binnen magnetische nanodraden te creëren of te verwijderen. Deze domein-wall bits creëren onderscheidende magnetische velden die kunnen worden gelezen met conventionele apparaten. Onderzoekers weten al lang dat deze muren kunnen worden verplaatst met behulp van magnetische velden, maar de muren zouden in dezelfde richting bewegen en elkaar vernietigen. De sleutel om het apparaat te laten werken, was de ontdekking dat elektronische stromen in magnetische materialen deze wanden langs een nanodraad kunnen bewegen en ze allemaal in dezelfde richting kunnen bewegen. Dat maakt het mogelijk om bits te verplaatsen om te worden gelezen door enkele lees- en schrijfapparaten.
Voordat dergelijke geheugenapparaten in de winkelrekken liggen, moeten er een aantal problemen worden opgelost. Ten eerste is de stroom die nodig is om de domeinmuren te verplaatsen veel te hoog om praktisch te zijn. Parkin zegt dat hij vooruitgang boekt op dit gebied, nadat hij heeft ontdekt dat de stroom kan worden verminderd door de frequentie van korte bursts aan te passen. Hij werkt ook met nieuwe materialen die mogelijk minder stroom nodig hebben.
Een tweede uitdaging is het beter begrijpen van het gedrag van domeinmuren. Het is bijvoorbeeld niet duidelijk hoe defecten in een nanodraad hun gedrag kunnen beïnvloeden, of hoe dicht de domeinwanden uit elkaar kunnen worden geplaatst. De antwoorden op deze vragen kunnen bepalen hoeveel compacter het geheugen zal zijn, zegt Stuart Wolf , een professor in materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Virginia. Wolf merkt ook op dat het moeilijk zal zijn om de snelheden van DRAM te bereiken, omdat er enige vertraging zal optreden bij het pendelen van domeinmuren langs een nanodraad.
De onderzoekers beginnen waarschijnlijk met een eenvoudige versie van de technologie, waarbij de nanodraden horizontaal op een chip worden gerangschikt in plaats van verticaal. Hierdoor kunnen de geheugenchips nog steeds ongeveer net zo dicht zijn als flash-geheugen, maar met veel snellere prestaties en grotere betrouwbaarheid dan flash. Als dat lukt, zou het rechtvaardigen om meer geld uit te geven aan nog compactere apparaten met verticale nanodraden, zegt Parkin.