IBM賽道存儲(chǔ)器研制進(jìn)入沖刺階段

磁自旋(magnetic spin)神奇的地方在于，它不會(huì)取代原子，能讓硬盤上壁壘式的磁疇(walled domains)在1與0之間切換，又沒有最終會(huì)讓快閃位元單元耗損的疲乏機(jī)制(fatigue mechanisms)。目前的固態(tài)非揮發(fā)性存儲(chǔ)器如快閃存儲(chǔ)器、鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)，甚至是實(shí)驗(yàn)性的電阻式存儲(chǔ)器(resistive RAM)，壽命都有極限;IBM聲稱，該公司所研發(fā)的賽道(racetrack)存儲(chǔ)器，集合了固態(tài)存儲(chǔ)器以及硬盤機(jī)存取機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)。

"賽道存儲(chǔ)器的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，在于不會(huì)移動(dòng)原子──這是為何快閃存儲(chǔ)器、鐵電存儲(chǔ)器甚至電阻式存儲(chǔ)器會(huì)耗損，因?yàn)樗鼈償_亂了物質(zhì)的狀態(tài)。"IBM旗下 Almaden研究中心院士Stuart Parkin表示："在賽道存儲(chǔ)器中，原子不會(huì)被移動(dòng)，我們所做的是轉(zhuǎn)動(dòng)自旋(rotating the spin)，并不會(huì)造成交互作用或是導(dǎo)致任何疲乏與耐久性問題;我們可以無限次地讀取、寫入或抹除賽道存儲(chǔ)器。"

所謂的"賽道"之原理，是在絕緣基板上制作一個(gè)奈米線循環(huán)(nanowire loop);沿著該賽道，包括一個(gè)傳授(imparting)磁自旋的寫入頭，一個(gè)讀出自旋狀態(tài)的讀取頭，以及將位元沿著賽道轉(zhuǎn)換至下一值(next value)的脈沖產(chǎn)生器。實(shí)際上，每個(gè)賽道就象是硬盤機(jī)上的單一磁道──除了不以旋轉(zhuǎn)磁碟的方式來讀取下一值，磁疇之間的壁壘也轉(zhuǎn)變成環(huán)繞著該封閉回路，以響應(yīng)電流脈沖。

透過一款精心打造的儀器，現(xiàn)在IBM已經(jīng)能詳細(xì)描述磁疇壁能夠環(huán)繞磁道的確切機(jī)制，并收集最終能讓IBM將賽道存儲(chǔ)器商業(yè)化的參數(shù)資料。在該公司研究團(tuán)隊(duì)驚人的發(fā)現(xiàn)中，盡管"賽道"上并沒有原子環(huán)繞，環(huán)繞著該賽道的磁疇壁仍擁有慣性與動(dòng)能──就像它們是有質(zhì)量的。"我們現(xiàn)在更加了解電子 (electrons)是如何傳遞動(dòng)能給磁疇壁。"Parkin表示。

IBM所研發(fā)的賽道存儲(chǔ)器，將磁疇壁沿著一條奈米線移動(dòng)，就像它們繞著奈米線"賽道"競(jìng)速

如果賽道上顯示出真正的無質(zhì)量運(yùn)動(dòng)(mass-less motion)，將意味著磁疇壁環(huán)繞著該賽道的近瞬移動(dòng)(nearly instantaneous movement)是對(duì)電流脈沖的回應(yīng)。但研究人員反而在脈沖開始時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)顯著的延遲(數(shù)奈秒)，在脈沖停止時(shí)又有一個(gè)同等級(jí)的微米(micron) 級(jí)明顯過沖(overshoot);幸好這兩種效應(yīng)互相抵銷了。

"我們發(fā)現(xiàn)，磁疇壁在電流脈沖開始時(shí)會(huì)花一些時(shí)間開始移動(dòng)，但那些時(shí)間又會(huì)在電流脈沖結(jié)束時(shí)，被帶著它們停止移動(dòng)的距離所互補(bǔ)──所以它們移動(dòng)的總距離是一樣的。"Parkin表示："要將磁疇壁沿著賽道移動(dòng)一段特定距離，我們要做的就只有提供一道長(zhǎng)度與該距離成正比的電流脈沖。"

接下來，該研究團(tuán)隊(duì)將試圖在單晶片上建置一個(gè)整合讀取/寫入與轉(zhuǎn)換電路的完整水平式賽道，如此將達(dá)到密度是目前快閃存儲(chǔ)器10倍的存儲(chǔ)器芯片。一旦這種水平式技術(shù)成功，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步在芯片上以10微米的厚度垂直排列微縮的賽道;這種垂直式的賽道存儲(chǔ)器密度可望再擴(kuò)充100倍，使這種固態(tài)存儲(chǔ)器容量能與硬盤機(jī)媲美。