Сделано в IBM Labs: Научное открытие приближает создание «трековой» памяти к реальности

Проект Racetrack Memory – который был запущен в IBM Research всего шесть лет назад – коренным образом пересматривает доминирующую сегодня парадигму компьютерной памяти. Вместо того чтобы заставлять компьютеры разыскивать данные, которые им нужны – как это происходит в традиционных вычислительных системах – память Racetrack Memory от IBM автоматически направляет данные туда, где они могут быть использованы, перемещая магнитные биты «взад и вперед» вдоль треков ("racetracks"). Эта технология позволит производителям электронных изделий разработать портативное устройство, способное «с запасом» хранить в виде цифровых данных все фильмы, выпущенные в мире за целый год.

Цифровые данные обычно сохраняются на магнитных жестких дисках, которые отличаются невысокой стоимостью и низким быстродействием из-за своих механических движущихся частей, либо в твердотельных накопителях, таких как флэш-память, которые работают быстрее, но и стоят дороже. Ученые и инженеры стремятся сочетать в «трековой» памяти только лучшие стороны этих двух традиционных типов запоминающих устройств путем сохранения данных в виде магнитных областей – т.н. доменов – в треках (своеобразных беговых дорожках) шириной в несколько десятков нанометров.

Открытый учеными IBM неизвестный ранее физический аспект «трековой памяти», подробности о котором опубликованы в научном журнале Science, позволяет с высокой точностью контролировать размещение этих доменов на треках. Команда IBM доказала, что магнитные домены могут выступать в роли наноразмерных «хранителей» данных, способных сохранять, по меньшей мере, в 100 раз больше информации по сравнению с сегодняшними технологиями. Более того, доступ к хранимым в виде магнитных доменов данным может осуществляться гораздо быстрее. Контролируя параметры электрических импульсов в запоминающем устройстве, ученые могут перемещать эти доменные стенки по трекам со скоростями в сотни миль в час и, затем, останавливать их и размещать точно на требуемых позициях, что позволяет обеспечить доступ к большим массивам хранимой информации менее чем за одну миллиардную долю секунды.

О научных деятелях открытия можно прочитать в соответствующей научной статье. Если вкратце, то группе ученых из IBM впервые удалось измерить время и расстояние ускорения и замедления доменной стенки при ее перемещении под воздействием импульсов электрического тока – иными словами, определить характеристики физического эффекта, лежащего в основе перемещения и обработки цифровой информации в «трековой» памяти. Это революционное достижение не только дает ученым беспрецедентный контроль над перемещениями магнитных структур внутри запоминающего устройства на основе «трековой» памяти, но также позволяет усовершенствовать память Racetrack Memory, приближая ее появление в виде рыночного продукта.

«Мы обнаружили, что доменные стенки не достигали максимального ускорения сразу после включения электрического тока, и что им требуется в точности столько же времени и скорости для достижения пикового ускорения, сколько и для замедления до полной остановки, — сообщил доктор Стюарт Паркин (Stuart Parkin) из исследовательского центра IBM Research–Almaden, обладатель почетного звания IBM Fellow. — Раньше об этом не было известно, отчасти потому, что было неясно, обладают ли доменные стенки массой, и эффекты ускорения и замедления полностью компенсируют друг друга. Теперь мы знаем, что доменные стенки можно с высокой точностью позиционировать вдоль треков, варьируя длительностью импульсов тока – даже при том, что доменные стенки обладают массой».

Для достижения максимально высокой плотности записи и быстродействия памяти, доменные стенки внутри запоминающего устройства нужно перемещать по трекам со скоростями в сотни миль в час и размещать на требуемых позициях с точностью атомарного уровня. Эти временные циклы (десятки наносекунд) и расстояния (микроны) – на удивление протяженны, тем более что предыдущие эксперименты показали отсутствие каких-либо доказательств ускорения или замедления доменных стенок, перемещавшихся по «гладким» трекам под действием электрического тока.

Немного подробнее о «трековой» памяти

На протяжении почти пятидесяти лет ученые изучали возможность хранения информации в магнитных доменных стенках, которые «разграничивают» магнитные области (или домены) в магнитных материалах. До настоящего времени манипулирование доменными стенками было дорогостоящим и сложным делом, и требовало значительных затрат электроэнергии для формирования магнитных полей. Исследователи IBM первыми продемонстрировали потенциал памяти Racetrack Memory, показав, как использование спинового момента позволяет значительно упростить запоминающее устройство. Детали этого научного прорыва описаны в статье журнала Science за 2008 год [2].

Подробности анонсированного сегодня научного открытия и результаты исследований будут опубликованы в номере журнала Science от 24 декабря 2010 года; статья "Dynamics of magnetic domain walls under their own inertia" («Динамика магнитных доменных стенок под действие их собственной инерции»); авторы Люк Томас (Luc Thomas), Рай Мориа (Rai Moriya), Чарльз Реттнер (Charles Rettner) и Стюарт Паркин (Stuart Parkin) из исследовательского центра IBM Research – Almaden.

[1] http://wiki.answers.com/Q/How_many_movies_are_made_each_year

[2] Статья "Current-Controlled Magnetic Domain-Wall Nanowire Shift Register" («Регистрация перемещения магнитной доменной стенки в нанопроводе»); авторы М. Хаяши (M. Hayashi), Л. Томас (L. Thomas), Р. Мориа (R. Moriya), Ч. Реттнер (Ch. Куеетук) и С. Паркин (S. Parkin); журнал Science 320, 209-211 за 2008 год.