IBM发明“racetrack”存储器，未来将有望取代闪存和硬盘驱动器

黄泽宁

根据IBM(International Business Machines Corporation  即 国际商用机器公司)Almaden研究中心的资深研究员Stuart Parkin介绍，被命名为“racetrack”的下一代非易失存储器预计可以逐步替代闪存，并最终取代硬盘驱动器。

采用自旋电子——通过电子的磁性旋转而不是电荷来储存数据——IBM最近已经展示了验证这一概念的移位寄存器。该原型机将数据沿硅纳米线，或赛道的长度方向编码到磁畴壁中。IBM采用“非质量运动”来沿着纳米线移动磁畴壁，实现对信息的存储和修改。


“目前我们已经演示了电流控制的磁畴壁移位寄存器，这正是racetrack存储器的基础铺垫技术，”Parkin说。“我们采用电流脉冲沿着纳米线移动一系列磁畴壁，而这在磁场中是无法实现的。”


基于早在2004年就申请专利的自旋电子方案，IBM打算用目前单个SRAM存储单元，或者10个闪存单元的面积，并将其发展到第三维，在嵌入的赛道形磁纳米线上储存自旋极化的数据。在1微米宽10微米高的硅面积上，IBM声称其第一代racetrack可以储存10个比特，因而会取代闪存1个比特的存储密度。最终，同样面积上可以储存100比特，这样存储密度已经足够取代硬盘驱动器。


“在被称为自旋电子学新工程领域中，racetrack技术实际上是该领域启动的第三次机会，”Parkin说。“在目前的固态存储器件中，你可以存储和控制电荷的流动。在racetrack中，我们存储和控制电子自旋的流动。”


基于巨磁阻效应，Parkin在1989年发明了自旋阀感应器件，该结构将硬盘驱动器的容量提高到原来的1000倍。“之后我们发明了使用磁隧道结（MTJ）的方法——通过介电层将两个磁性层分开的三明治结构——在1999年，我们采用这种方法制作了第一个磁随机读取存储器。


“第三代就是racetrack，它将会取代包括闪存和硬盘驱动器在内的所有非易失存储器，”Parkin这样认为。


IBM估计采用racetrack存储器iPod可以储存100倍的信息。与闪存不同，固态器件不会产生磨损的问题。


racetrack存储器沿着高宽深比的纳米线长度方向注射磁化的磁畴壁——这种纳米线只有几个纳米宽但长达几个微米。之后采用自旋极化的电流脉冲沿着纳米线移动磁畴壁，就完成了对数据的存储和修改。


去年IBM演示了如何在一根纳米线上存储磁畴，并可以沿着线长度的方向移动磁畴。新的移位寄存器由很多可以沿纳米线长度方向存储和移动的磁畴壁组成。为了读出数据，该器件需要感应到线中阻值的变化。


下一步是在每个racetrack顶部完成快速MTJ读出头，这样就可以敏捷地读出每条racetrack上存储的100比特信息。


IBM目前的原型机采用与硅芯片表面平行对齐的线性racetrack。与MTJ读出头一同演示的首条racetrack也将采用同样的平行架构。最终，IBM表示他们计划通过把纳米线沉入体硅中获得垂直的racetrack。这样MTJ读出头将位于每条racetrack的顶部。

pengzhan_a

THTC怎么没有人顶,呢?!