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

^{Новый класс запоминающих устройств сочетает в себе лучшие стороны флэш-памяти и магнитных жестких дисков}

Ключевые факты

·         Ученым IBM Research впервые удалось измерить физические характеристики перемещения и обработки цифровых данных, представленных в виде магнитной структуры из нанопроводов, которые в 1000 раз тоньше человеческого волоса.

·         Новая память использует момент собственного вращения электронов для переноса данных по треку нанопровода на требуемые позиции со скоростью сотен миль в час и точностью атомарного масштаба.

·         Этот тип памяти сможет когда-нибудь обеспечить хранение в одном портативном запоминающем устройстве всех кинофильмов, созданных в течение целого года [1], причем питание может осуществляться от одной батарейки в течение недель без подзарядки.

Ученые из IBM Research, исследовательского подразделения корпорации IBM(NYSE: IBM), сегодня сообщили о неизвестном ранее физическом аспекте нового технологического метода записи информации, известного как "Racetrack Memory" («трековая» память) и способного улучшить возможности памяти в мобильных телефонах, ноутбуках и серверах бизнес-класса. Этот новый тип памяти позволяет многократно – не менее чем в 100 раз – увеличить объем сохраняемой в запоминающем устройстве информации и использовать при этом гораздо меньше электроэнергии по сравнению с существующими накопителями.

Проект Racetrack Memory– который был запущен в IBM Researchвсего 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 Memoryот IBMавтоматически 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 IBMдоказала, 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 IBMвпервые 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 IBMпервыми продемонстрировали потенциал памяти Racetrack Memory, показав, как использование спинового момента позволяет значительно упростить запоминающее устройство. Детали этого научного прорыва описаны в статье журнала Scienceза 2008 год [2].

Подробности анонсированного сегодня научного открытия и результаты исследований будут опубликованы в номере журнала Scienceот 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.

САН-ХОСЕ, штат Калифорния

[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 Science320, 209-211 за 2008 год.