А в чем тренд?
В большинстве современных компьютеров и смартфонов используется память с произвольным доступом, также известная как ОЗУ — оперативное запоминающее устройство. Такой вид памяти обеспечивает быстрый доступ к данным и ускоряет выполнение программ. Но ОЗУ энергозависимы, то есть вся информация в них теряется при отключении от питания. В последние годы ученые работают над альтернативными типами памяти, которые могут преодолеть некоторые ограничения. Среди них — магниторезистивная память (MRAM).
Инженеры из Осакского университета в Японии создали новый вид универсальной памяти для вычислительной техники. По словам разработчиков, главные ее особенности — скорость и энергоэффективность.
Что такое MRAM
Магниторезистивная память с произвольным доступом (MRAM) — тип универсального запоминающего устройства. Универсальная память — это такой формат хранения данных, который сочетает в себе особенности существующих на данный момент по отдельности оперативной памяти и накопителей (жестких дисков и SSD) — соответственно, скорость работы и возможность хранить информацию после обесточивания.
В отличие от других типов запоминающих устройств, информация в MRAM хранится не с помощью электрических зарядов, а с помощью магнитных свойств материалов.
Как работает MRAM
В MRAM информация, то есть единицы и нули (1 и 0), записывается в ячейки памяти с двойным магнитным слоем, как бутерброд. Верхний слой постоянно намагничен, а направление намагниченности нижнего слоя постоянно меняется. Когда оба слоя намагничены в одну сторону, ток проходит легко и получается 0. Когда они намагничены в разные стороны, ток проходит с трудом — это 1. Такой эффект достигается благодаря магнитному сопротивлению — отсюда и название «магниторезистивная память».
Устройства MRAM потребляют мало энергии в режиме ожидания, но много при записи данных. Это связано именно с постоянной сменой направления намагниченности: она требует значительных энергетических затрат. Из-за этого технология пока не подходит для большинства компьютерных систем.
Инженеры Осакского университета разработали новый компонент для управления магнитным полем в устройствах MRAM. Их метод требует гораздо меньше энергии для переключения полярности и повышает скорость выполнения процессов.
Какое решение предложили японские инженеры
Разработчики создали прототип универсальной памяти под названием «мультиферроичная гетероструктура», векторы намагниченности которой можно переключать электрическим полем. Он состоит из комбинации ферромагнитного и пьезоэлектрического слоев, а также ультратонкого слоя ванадия между ними. Ванадиевая пластина намагничивается под воздействием электрического поля и действует как барьер между ферромагнитным и пьезоэлектрическим слоями. Это стабилизирует общее направление намагниченности. Этим «мультиферроичная гетероструктура» отличается от других устройств MRAM, в которых ванадиевый слой отсутствует.
Ученые пропустили электрический ток через новое устройство и убедились, что под воздействием тока намагниченность MRAM может менять направление. При этом его магнитное состояние оставалось неизменным и после исчезновения электрического заряда.
А если попроще?
Представьте, что на пульте есть суперчувствительная кнопка, которую можно нажать одним легким прикосновением, и она мгновенно переключает свет с «включено» на «выключено». В классическом устройстве MRAM для смены состояния кнопки вам приходилось бы с огромной силой нажимать или даже ударять по кнопке, чтобы она сработала. А в новом подходе благодаря тонкому слою ванадия кнопке достаточно малейшего импульса, чтобы переключить состояние. И, как настоящая кнопка, такая структура сохранит результат даже после того, как вы убрали палец: свет останется включенным или выключенным до следующего нажатия.
По словам разработчиков, у новой технологии большие перспективы. Она требует значительно меньше энергии, чем предыдущие решения, обладает большей надежностью по сравнению с современными технологиями оперативной памяти и не предполагает наличия движущихся частей.
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.