Память станет экономней

  18.07.2017, 8:36 в рубрике «Новости дня»
  Комментариев нет

Создан рабочий образец ячейки нового типа компьютерной памяти на основе магнитоэлектрического эффекта.

Устройство разработанной ячейки памяти MELRAM.
Схема ячейки обычной оперативной памяти DRAM.‹

Ни один компьютер или смартфон не обходится без так называемой оперативной памяти, в которой размещаются выполняемая программа и используемые ею данные. Слово «оперативная» в данном случае говорит, о том, что работа с ней происходит быстро – оперативно. По-английски ее называют RAM (random access memory – память произвольного доступа).

Современные технологии позволяют создавать микросхемы RAM, обладающие большой скоростью и объемом. Однако у них у всех имеется существенный недостаток – большое потребление энергии, которая необходима для хранения информации. Наверное, все знают, что при отключении электропитания информация в оперативной памяти компьютера теряется. Из-за особенностей конструкции современных модулей RAM этот недостаток невозможно преодолеть.

Физики из МФТИ и ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН совместно со специалистами Международной ассоциированной лаборатории, занимающейся критическими и сверхкритическими явлениями в электронике, акустике и жидкостной технике (LIA LICS) разработали и продемонстрировали работоспособность магнито-электрической ячейки памяти. По их оценкам она позволит снизить затраты энергии на запись и чтение информации в десятки тысяч раз. Рассказывающая об этом статья опубликована в журнале Applied Physics Letters.

Ячейка магнитоэлектрической памяти (MELRAM) состоит из двух элементов с особыми свойствами. Первый — пьезоэлектрическая подложка. Пьезоэлектрики – это материалы, которые деформируются, если к ним приложить напряжение, и наоборот — генерируют напряжение, если их деформировать.

Второй элемент — слоистая структура, которая обладает сильной магнитоупругостью, то есть ее намагниченность сильно меняется при деформации. Благодаря особенностям конструкции этой слоистой структуры она может иметь два перпендикулярных направления намагниченности, которым ставят в соответствие логические единицу и ноль.

Когда к ячейке прикладывается напряжение, пьезоэлектрическая подложка деформируется, и в зависимости от характера деформации намагниченность меняет направление — происходит запись информации. Поскольку для сохранения намагниченности не требуются затраты энергии, ячейки памяти MELRAM способны сохранять своё состояние, в отличие от ячеек существующих видов RAM.

Пока исследователи создали образец размером около миллиметра и продемонстрировали его работу. Они отметили, что на основе использованных структур можно создавать и существенно меньшие, нанометровые ячейки, сходные по размерам с теми, что используются в обычной RAM. При этом их работоспособность никак не ухудшится, поэтому у MELRAM хорошие перспективы в области вычислительной техники с жёсткими требованиями к энергопотреблению.

Особое внимание исследователи уделили механизму считывания данных в новой памяти. Дело в том, что в продемонстрированных ячейках MELRAM они использовали высокочувствительные датчики магнитных полей, которые довольно сложно уменьшить до малых размеров. Однако авторы работы выяснили, что считывать информацию можно и без этих сложных приборов.

Как уже было сказано, для записи информации к ячейке прикладывается напряжение, в результате чего намагниченность меняет направление. Но при изменении направления магнитного поля в образце возникает некоторое дополнительное напряжение, которое можно зарегистрировать, тем самым узнав состояние. Правда, при таком считывании может измениться направление намагниченности, поэтому необходимо будет перезаписать считанное значение в эту ячейку заново.

Для сравнения покажем принцип работы самой популярной в настоящее время динамической полупроводниковой оперативной памяти (DRAM). Она использует очень простой механизм. В простейшем случае ячейка памяти состоит из конденсатора, служащего носителем информации (заряжен — 1, разряжен — 0) и транзистора, открывающего и закрывающего доступ к конденсатору (на практике транзисторов-ключей несколько). Поскольку «ключи» не идеальны, конденсатор быстро разряжается. Поэтому его приходится несколько десятков раз в секунду подзаряжать. Кроме того, при чтении конденсатор разряжается и его необходимо заново заряжать, чтобы не потерять информацию. Все это приводит к достаточно большому энергопотреблению.


По материалам
МФТИ

Читайте также:

Комментарии:


Добавить комментарий

Имя обязательно

Комментарий c активными интернет-ссылками (http / www) автоматически помечается как spam

18+ © 2002-2017 РЫБИНСКonLine: Все, что Вы хотели знать... Рыбинск