Основни раздели

Съвременните компютри използват комбинация от летлива памет и енергонезависима памет за работа. Енергонезависимата памет е данни, които се съхраняват постоянно на твърдия диск на компютъра и ще останат там след изключване на устройството. Летливата памет е данните, които се съхраняват в паметта в RAM и се изтриват или губят, когато компютърът загуби захранване. Проблемът с RAM е, че отнема много енергия за съхраняване на данни за временно използване. Въпреки че достъпът до тези данни е по-бърз от данните от постоянните ROM, това е значителна енергийна инвестиция, особено когато смятате, че все повече данни се преместват в облачни сървъри. За да се предотврати препълването на стека, сървърите се нуждаят от достатъчно RAM за обработка на заявки, а също така трябва да бъдат достатъчно еластични, за да се справят както с малък, така и с голям обем трафик.

Д-р Тобиас Косуб и д-р Денис Макаров от Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) предприемат нов подход към RAM, за да създадат система, която предлага 50-кратно намаляване на мощността. За разлика от конвенционалните феромагнитни системи, те дебютират с антиферомагнитна магнитоелектрическа памет с произволен достъп (AF-MERAM).

Магнетизъм

Има няколко различни вида магнетизъм. Интересно е, че цялата материя е магнитна, но някои вещества показват по-голямо, по-интензивно магнитно поле от други. Магнетизмът е резултат от орбитата и въртенето на електроните в един атом (магнитен момент) и от това как всички електрони взаимодействат помежду си. В класическия подковообразен магнит използваните метали са сплави от желязо, никел и кобалт. В рамките на магнита магнитните моменти на тези елементи се подравняват в една и съща посока, давайки ориентация Север/Юг, усилвайки магнитното поле. Това е феромагнетизъм.

В веществото, което е антиферомагнитно, магнитните моменти в кристалната решетка се редуват по посока. Тъй като всички магнитни моменти се противопоставят един на друг, нетният магнитен момент за материала е нула. Чрез промяна на параметъра на реда или прекъсване на магнитната симетрия нулевият нетен магнетизъм се намалява; по този начин данните могат да се съхраняват като 1 или 0. Екипът на HZDR използва хром оксид, монтиран върху тънък слой платина; хромовият оксид действа като антиферомагнитно съхранение, докато платината се използва за отчитане на данните.

Задвижвано от напрежение, а не ток

Конвенционален RAM чип съхранява данни по електронен път. Цифровият 1 или 0 се поставя върху чипа и се задържа там с ток. Токът трябва да се поддържа, за да се запазят данните в паметта. В антиферомагнитните материали е трудно да им се записват данни и да се четат, но данните ще останат там след отпадане на тока. За да записва данни в хромовия оксид, HZDR използва напрежения, а не токове. Мислейки по отношение на водопровода, токът е потокът от вода, докато напрежението е налягането на водата; водата не трябва да тече, за да промени налягането на водата. Въпреки че необходимите напрежения се увеличават, те импулсно записват данните, което ограничава прекомерното разхищение на енергия.

магнитен момент

Друг проблем с феромагнитното съхранение е загубата на данни от хистерезис. Феромагнетиците могат да запазят ефекти от предварително приложено поле, след като е било премахнато. Ако се приложи ново поле твърде рано, данните ще бъдат анулирани. Антиферомагнетиците не страдат от тази загуба във верността на данните. Истинското предизвикателство беше четенето на писмената част от информацията.

Изключителен ефект

Физиците от HZDR са използвали тънък слой платина, който позволява четене на данни с помощта на ефекта на Аномален Хол. Това е ефектът, при който напрежението ще се развие върху метална плоча, когато е изложено на магнитно поле. Така че, когато антиферомагнетикът е в нетен нулев магнитен момент, няма свързано напрежение. Ако магнитното поле се наклони, ще се развие леко магнитно поле. Екипът на HZDR отбелязва, че сигналът е много малък и те работят по методи за подобряване на откриването. Екипът също така отбелязва, че работещият чип работи в много тесен температурен диапазон и те изследват методи за разширяване на този диапазон.

Въпреки че все още е в зародиш, това изследване показа много обещания. За в бъдеще екипът ще се опита да включи няколко елемента памет в един чип, както и масиви памет. Новите чипове все още ще бъдат произведени по методи, използвани за производство на конвенционална RAM.

Горно изображение: Ram модул (Public Domain)