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节能型计算机磁性内存问世

发布时间:2019-08-15 19:05:53 编辑:笔名

  加州大学洛杉矶分校亨利 萨缪里工程和应用科学学院研究人员通过电压而不是电流,极大地提高了磁阻随机存储器性能,这是一种速度极快、性能卓越的计算机内存。

  被加州大学洛杉矶分校研究小组称为磁电随机存储器的这款内存极有可能成为未来几乎所有电子产品的内存条,包括智能、平板电脑、计算机、微处理器,也可专门用于数据存储,如计算机和大型数据中心的固态磁盘等。

  磁电随机存储器优于现有技术的主要优点是它耗能极低,同时密度大、读取和写入速度快、不挥发,不用加电也可保存数据(这类似于硬盘驱动器和闪存条,但速度要快得多)。

  当前,磁性内存的技术基础是自旋转移矩,利用了电子(自旋体)的电荷和磁特性,以电流移动电子,向内存写入数据。尽管自旋转移矩与其他内存技术相比有诸多优势,但其电流写入机制仍须消耗一定能量,即写入数据时会产生一定热量。其存力受到数据物理距离的限制,即写入信息所需电流的限制。这种低位能力拉高了比特成本,从而限制了自旋转移矩技术的应用。

  在磁电随机存储器中,加州大学洛杉矶分校的研究小组用电压取代电流来写入数据。这样就无须用导线移动大量的电子,而只须利用电压(电势差)即可开关磁位,向内存写入信息。这样计算机内存产生的热量就大为减少,效率提高10到1000倍。此外,内存密度可提高5倍,在同样的物理空间内能存储更多的位信息,从而降低了比特成本。

  该研究负责人为加州大学洛杉矶分校电气工程系教授王康,成员还有论文第一作者、电气工程研究生胡安 G 阿尔扎泰以及加州大学洛杉矶分校 国防高级研究计划署非挥发逻辑项目经理、电气工程助理研究员佩德拉姆 哈利利。

  哈利利说: 以电压控制纳米级磁体的能力是磁学研究中令人兴奋、快速增长的领域。这一工作为下列研究提供了新思考:如何以电压脉冲控制开关方向,如何不用外部磁场就能确保设备正常工作,如何把它们整合成高密度存储器阵列等。一旦做成商品,磁电随机存储器相对现行其他技术的优势不仅表现在能量散失少上,还表现在能使磁阻随机存储器极为密实,这也很重要。由于成本低、性能高,磁电随机存储器可以挺进以前为成本和性能所困的新的应用领域。

  阿尔扎泰说: 最近首款自旋转移矩 磁阻随机存储器(STT-RAM)商用芯片问世,它也为磁电随机存储器的推广打开了大门,因为它们的设备原料和制造工艺十分相似,后者既可兼容STT-RAM当前的逻辑电流技术,又减缓了能量和密度的限制。

  名为《纳米级磁穿隧接面的电压开关控制》论文介绍了上述研究成果,在12月12日于旧金山召开的美国电气和电子工程师协会国际电子设备2012年会上进行了宣读,该年会是 发布半导体和电子设备领域突破性成果的杰出论坛 。

  磁电随机存储器采用了称为受电压控制的磁绝缘体结点的纳米级结构,数层摞在一起,其中有两层是磁性材料,一层磁场方向固定,另一层可通过电场加以控制。特殊设计的设备对电场很敏感。当施加电场时,两个磁层间就产生了电位差,即电压。电压可通过在各层表面聚积或消除电子,向内存写入信息。

  王康指出: 像这样能量极低的自旋电子设备,其潜在应用不只限于存储器产业。这些存储器可集合逻辑和计算,从而彻底消除预备电力,使即通型电子系统成为现实,极大提高设备功能。

  这项研究得到了国防高级研究计划署NV逻辑项目的资助。论文其他作者分别来自加州大学洛杉矶分校电气工程系、加州大学欧文分校物理和天文学系、日立全球存储技术公司以及Singulus技术公司。

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