IBM公布赛道内存细节：百倍于闪存容量

在IBM(NYSE: IBM)科学家小组的研发下，兼具闪存的高性能、可靠性以及硬盘的低成本、高容量特性的计算机内存已经指日可待。

　　今年4月11日出版的《科学》杂志发表了两篇论文，文中介绍了由IBM院士Stuart Parkin先生及IBM Almaden研究中心(位于圣何塞市)同事共同研发的一种名为“赛道”内存的技术基础原理以及该技术发展过程中的一项极具里程碑意义的成果。该成果可使得电子设备在同样的空间内存储远多于今天的数据，同时拥有闪电般的启动速度、低得多的成本以及前所未有的稳定性和耐久性。未来的十年内，赛道内存(因数据延线“道”运动而命名)可使得固态电子设备——由于没有运动部件因此更加耐用，能够在同样的空间内容纳远多于如今的数据。例如，这项技术可使得MP3播放器这样的手持设备存储大约50万首歌曲或3500部电影——容量是当今的100倍，而成本和能耗却低得多。这些设备不仅能够在同样的空间内存储更多的信息，而且其所需的电量及产生的热量也要少得多，同时几乎不会损坏。其结果是，海量的个人存储内容仅使用一块电池便可运行几个星期，而且这些内容几十年也不用担心损坏。

　　目前存储数字信息的方式主要有两种——固态随机闪存存储器(常用于手机、音乐播放器和数字相机之类的设备)和磁性硬盘驱动器(常用于台式和笔记本计算机及一些手持设备)。虽然这两种类型的存储设备均发展迅猛，但在硬盘驱动器上存储一个数据位的成本仍比闪存便宜约100倍。另一方面，尽管硬盘驱动器的低成本极具吸引力，但由于此类设备固有的低速度，以及采用运动部件，因此存在着机械可靠性问题，而闪存技术还未发现这类问题。

　　然而，闪存同样也存在缺陷——虽然读取数据速度很快，但写入数据速度慢，并且寿命有限。闪存只可重复使用几千次，因为每次使用或“重写”的轻微损坏都会导致其最终毁坏。

　　由于赛道内存没有运动部件，并且不是存储全部的电子电荷，而是利用电子的“旋转”来存储数据，因此并没有可能产生磨损的器件，所以可以无数次地重写而不会耗损。

　　赛道内存简介：

　　在将近15年的时间里，科学家们一直探索在磁畴壁(magnetic domain wall)内存储信息的可能性，磁畴壁是磁性材料内不同磁域(或“畴”)之间的界面。目前，控制磁畴壁十分复杂且花费不菲，并且需要耗费大量的能量来产生实现这一切所需的电场。在这篇记述了里程碑成果，题为“电流控制的磁畴壁纳米线移位寄存器(Current-Controlled Magnetic Domain-Wall Nanowire Shift Register)”的论文中，Parkin博士及其团队描述了如何克服这一久已存在的难题，利用自旋极化电流与磁畴壁中磁化作用之间的交互作用；在磁畴壁中产生一种自旋转移矩(spin transfer torque)，从而令其移动。使用自旋动量转移大大简化了内存设备，因为电流可以直接通过畴壁传输电流而无需任何额外的电场发生器(field generator)。

　　在这篇描述了赛道基本原理，题为“磁畴壁赛道内存”(Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory)的综述论文中，Parkin博士及其同事描述了如何利用磁畴在磁性材料柱(“赛道”)上来存储信息，这些赛道垂直或水平排列在硅圆表面。磁畴壁随后在柱体的内部形成，描绘出沿赛道反方向(如：上或下)被磁化的区域。每个畴都拥有一个“头”(正或北极)和一个“尾”(负或南极)。赛道上连续的磁畴壁在“头对头”和“尾对尾”之间交替配置。磁畴壁之间的间距(即位长)由沿赛道配置的钉扎点(pinning site)进行控制。

　　科学家在论文中描述了使用水平镍铁导磁合金(permalloy)纳米线来实现磁畴壁的连续创建、移动和侦测，为此他们使用了纳秒时长可控的自旋极化电流脉冲。磁畴壁的写入和转移周期只有数十纳秒。这些结果展现了磁移位寄存器的基本理念，利用自旋动量转移现象来移动一系列紧密相连的磁畴壁，在移动磁畴壁中存储信息已拥有数十年的历史，而此次的创新无疑是对该技术的全新利用。