Żelazna pamięć

Taka pamięć przyszłości nada też naszym komputerom właściwość natychmiastowej zdolności do pracy po włączeniu zasilania - dzisiaj denerwujący proces ładowania się danych systemu operacyjnego do RAM-u trwa całe minuty. Obecnie spoglądamy także w kierunku minionych technologii pamięciowych (rdzenie z materiałów na bazie żelaza), tyle że w nowocześniejszej wersji. Coraz bliższa staje się wizja korzystania z wielowarstwowych ferromagnetyków w połączeniu z efektami magnetorezystancyjnymi XMR. Dość powiedzieć, że komórka takiej pamięci ma rozmiary rzędu ćwierci mikrometra kwadratowego (0,25 µm2). Kilka prostych mnożeń pozwala się przekonać, że oznacza to gęstość upakowania informacji na poziomie 10 Gb/cal2.

Pora na komentarz dotyczący pamięci FRAM, zwanej niekiedy FeRAM. Nie należy jej mylić z ferroelektryczną pamięcią DRAM. Ta jest bowiem pamięcią nietrwałą, wykorzystującą kondensatory z ferroelektrycznego dielektryka (np. BaTiO3). Taka pamięć korzysta z prostej zależności pro-porcjonalności między ładunkiem a napięciem kondensatora. Tymczasem podstawą działania FRAM-u są nieliniowe efekty histerezy.

Już przed kilku laty można było kupić kostki FRAM Hitachi o pojemności 64 Kb. Zaletą tej technologii jest to, że prowadzi do uzyskania pamięci trwałej wg doświadczenia DRAM (modyfikacja kondensatorów). Tą właśnie drogą poszła amerykańska firma Ramtron, przechodząc do seryjnej produkcji 256-kilobitowych układów FRAM.

Nowszą alternatywą dla FRAM jest MRAM (Magnetoresistance RAM), czyli pamięć korzystająca z technologii XMR (X Magneto Resistance). Wśród nich da się wyróżnić cztery grupy: AMR (Anisotropic MR), GMR (Giant MR), TMR (Tunneling MR), CMR (Colossal MR). Najprostszym z prezentowanych zjawisk magnetooporowych jest odmiana anizotropowa (AMR) wykorzystująca różnice oporności elektrycznej w zależności od kierunku magnetyzowania przewodnika. Owe różnice nie są znaczne i sięgają poziomu pojedynczych procentów, ale wystarcza to konstruktorom magnetycznych sensorów.

Magnetoelektronika

Pytanie zatem brzmi: którą z prezentowanych technologii wybierze przemysł informatyczny? Warto także spytać, czy faktycznie będzie taki wybór. Fakt, że dana technologia jest lepsza od aktualnej, nie wystarcza na opanowanie rynku. Ważne jest wsparcie ze strony firm, które odgrywają na nim istotną rolę. Tak się jednak dzieje w tym przypadku. Na naszych oczach powstaje wręcz nowa branża - magnetoelektronika. Można by ją także nazwać spinoelektroniką. O ile bowiem tradycyjna elektronika wykorzystuje właściwości ładunkowe elektronu, o tyle magnetoelektronika stawia na kombinacje ładunków i spinów tych cząstek.

Przed trzema laty nowoczesna magnetoelektronika objawiła się w postaci masowej na rynku i to nie za sprawą pamięci operacyjnej, ale dysków twardych. Zastosowano bowiem komórki MR w postaci głowic czytających, w dyskach twardych. Umożliwiło to zwiększenie gęstości zapisu dysku, tj. jego pojemności. Prekursorem tych działań była firma IBM, zaś dyski GMR umożliwiają osiąganie gęstości ponad 20 Gb/cal2. Aktualne badania pokazują, że zastąpienie technologii GMR przez TMR mogłoby zwiększyć ten parametr kilkakrotnie (ok. 90 Gb/cal2).

Najnowsze przewidywania wskazują na lata 2003-2005 jako początek opanowywania rynku przez pamięci operacyjne MRAM. Gdyby ten proces się rozwinął, być może moglibyśmy liczyć na znaczny spadek cen pamięci przy jednoczesnym ujednoliceniu technologii mediów pamięciowych stosowanych w komputerach. Taka "pamięć absolutna" zatarłaby granicę między dyskami a pamięcią operacyjną. Przeciętny komputer dysponowałby gigabajtami RAM-u, zaś programy wykonywałyby się niemal "natychmiast". Wzrosłaby także ich niezawodność z uwagi na eliminowanie konfliktów wynikających ze wspólnego dostępu do pamięci.

Poszukiwania wydajniejszych układów scalonych skierowane są bardziej w stronę pamięci niż procesorów. Wydaje się, że jesteśmy zadowoleni z mocy naszych komputerów i elektronicznych urządzeń przenośnych. Brakuje im wszakże nie- zawodnej pamięci trwałej NVM (Non Volatile Memory) o wielkiej pojemności i niewielkich rozmiarach. Jeśli jednak, jak wynika z prezentowanych prognoz, w bieżącej dekadzie poradzimy sobie z tym wąskim gardłem rozwoju informatyki, to jednocześnie staniemy w związku z tym przed następnym - zbyt wąskimi pasmami transmisji tych wszystkich danych, które będziemy w stanie przetwarzać i zapamiętywać.

Układy scalone nowej generacji są w niezwykle korzystnej sytuacji marketingowej - świat na nie czeka, licząc, że na rynku pojawi się "pamięć absolutna" o uniwersalnym charakterze.