Eindhovense onderzoekers ontwikkelen prototype racetrackgeheugen

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een prototype ontwikkeld van een nieuw soort racetrackgeheugen. Het maakt geen gebruik van een elektrische stroom voor het verplaatsen van bits, maar van magnetische velden.

De onderzoekers zetten voor hun prototype het natuurkundige verschijnsel van Dzyaloshinskii-Moriya-interacties in. Onderzoekers experimenteren al jaren met racetrackgeheugen. Dit type geheugen werkt met kleine magneetdomeintjes die langs koppen bewegen om uitgelezen en gemanipuleerd te worden: de magnetische bits bewegen dus zelf, in plaats van het uitleesmechanisme zoals bij harde schijven. Dit maakt de techniek minder kwetsbaar en in theorie valt er meer snelheidswinst te behalen.

Tot nu toe gebruikten wetenschappers elektrische stroom om de magneetdomeintjes door nanodraden te jagen. Het zou beter zijn magnetische velden in te zetten, schrijven de onderzoekers, vanwege de voordelen op het gebied van temperatuur en energieconsumptie. Het inzetten van magnetische velden werd eerder niet mogelijk geacht omdat deze de opgeslagen informatie zouden verstoren.

Dzyaloshinskii-Moriya-interactie maakt het echter mogelijk om de sterkte waarmee de bits vast zitten te beïnvloeden met een magneetveld. "We kunnen hiermee regelen dat een bit die zo'n plek bereikt naar rechts toe verder kan groeien, terwijl het naar links groeien onmogelijk wordt of vice versa", meldt de TU/e, die de vergelijking met de beweging van een rups maakt.

De onderzoekers gebruiken voor hun prototype racebaangeheugen van combinaties van aan de ene kant magneetvelden die de bits voortjagen, en aan de andere kant velden die regelen welke bits vast blijven zitten. Zo lukt het ze om alle bits dezelfde kant op te krijgen.

Ze waarschuwen wel dat het onderzoek zich nog in een vroeg stadium bevindt en de inzet van een alternatief geheugen op basis dit type racetracking nog jaren op zich kan laten wachten. Wel claimen ze dat verder begrip van de Dzyaloshinskii-Moya-interactie bruikbaar kan zijn voor de ontwikkeling van nieuwe elektronica in het algemeen.

Het onderzoek is gepubliceerd onder de noemer 'Racetrack memory based on in-plane-field controlled domain-wall pinning' in Nature Scientific Reports.

Reacties (21)

[Laloeka]

Ik kon me niet goed voorstellen wat racetrack memory zou moeten zijn, want er werd gesproken over zowel 'verplaatsende data' als 'geen bewegende delen'. Blijkbaar bestaat er een mechanisme om magnetische velden te verplaatsen door spanning aan een van beide kanten van een nanodraad te zetten; zo kan deze data met één statische leeskop uitgelezen worden.

Deze video uit 2008 legt het in 'layman's terms' uit:
https://www.youtube.com/watch?v=zIjK1dMdTGY

[Mic2000]

de magnetische bits bewegen dus zelf, in plaats van het uitleesmechanisme zoals bij harde schijven.

Uhm, bij hdd's bewegen de magnetische bits toch ook, dat zijn de platters, en de leeskop die.. oke verplaatst een beetje.

[Verwijderd]

De platter beweegt en die verplaatst de magnetische bits mee.
Hier trekken de magnetische velden als bits over een nanodraad. Er verplaatst dus geen massa, maar velden.

[aadje93]

een electron heeft altijd nog massa

[84hannes]

Een elektrisch veld is niet een electron. Elektrische velden planten zich voort met de snelheid van het licht (eigenlijk andersom), elektronen kun je op de fiets inhalen.

[Verwijderd]

Ok, maar hier trekken magnetische velden over een draad. Heeft een magnetisch veld massa? nee toch?

[Verwijderd]

Als je daar een antwoord op hebt ben je rijp voor een nobelprijs

[Verwijderd]

Ok, top. Ze hebben m'n adres neem ik aan.

[Verwijderd]

[Robo400]

De bits bewegen weliswaar door de ruimte tijdens het draaien van de platters, maar blijven op dezelfde fysieke plek óp de platter. Volgens mij is het idee van RaceTrackgeheugen dat het geheugen door een nano-draadje heen en weer geduwd wordt, terwijl de nano-draad stationair blijft.

Hierdoor heb je dus niet te maken met limitaties als roteersnelheden van fysieke platters, maar alleen met de maximale doorvoersnelheid van elektronen door het gebruikte materiaal van de nano-draad.

Verbeter me alsjeblieft als ik het fout heb

[Laloeka]

Ik heb het idee dat de auteur het hier niet helemaal goed verwoord.

In racetrack geheugen zit géén bewegende massa. Hetgeen dat beweegt is een magnetisch veld door een solide draadje. In een traditionele harde schijf een bewegende kop, die zorgt voor lange zoektijden omdat deze naar de juiste baan geleid moet worden over een ronddraaiende schijf. Dat duurt millisecondes; een eeuwigheid op gigahertz niveau. Met racetrack memory is dat niet van toepassing omdat er geen bewegende leeskop is, vandaar dat racetrack memory vele malen sneller zou moeten zijn. Ik denk dat dat de tegenstelling is waar de auteur op doelde.

NB: Hoe snel de magnetische velden door het nanodraadje verplaatst kunnen worden, kon ik niet vinden. Ik kan me wel voorstellen dat dat geen millisecondes nodig heeft.

[Reactie gewijzigd door Laloeka op 24 juli 2024 19:14]

[SSDtje]

@ Laloeka, lol, je was me echt net voor, aangezien ook ik hier met dat soort vraagtekens zat zoals je hieronder kunt lezen.

"Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een prototype ontwikkeld van een nieuw soort racetrackgeheugen"

Waar ik na het hebben gelezen van het artikel dan nog niet helemaal uit ben, is of dit nu RAM geheugen moet gaan worden, of uiteindelijk een opslag medium.
Al kan beiden ook het geval zijn natuurlijk.

Maar hoe dan ook, een goeie ontwikkeling dit.
Hoe sneller hoe beter immers.
Ik ben dan ook zeer benieuwd, na wanneer dit eenmaal verder doorontwikkeld is, en daadwerkelijk op de markt gaat komen, wat de prestaties gaan zijn.
Al blijft dat afwachten natuurlijk.

En juist daar (afwachten) ben ik persoonlijk nogal slecht in kan ik melden, maar goed, het zal wel moeten

[Reactie gewijzigd door SSDtje op 24 juli 2024 19:14]

[Laloeka]

Zoals ik het begreep gaat het om non-volatile memory dat compacter en sneller zou moeten zijn dan de huidige flash. Een toepassing zou dus NVMe kunnen zijn.

[SSDtje]

Metname bedoeld voor toekomstige SSD's dus.
Mocht het inderdaad meer de kant van NVMe geheugen gaan worden.
Aangezien deze hun data blijven vasthouden, na het verliezen van spanning/stroom.
Dus de aanwezige data gaat niet verloren bij het uitschakelen van je PC/Laptop enz...

[Accretion]

In theorie kan persistent geheugen ook gebruikt worden als RAM? De enige limitatie is dat het vaak beperkte(re) schrijfcycli heeft of langzamer is.

[sympa]

Het herinnert me aan bubble memory. Dat was traag, want de bitjes moesten met een draaiend magneetveld langs een patroon geleid worden. Het grootste probleem was echter dat de magnetische domeinen niet kleiner gemaakt konden worden. Hoe kleiner, hoe instabieler namelijk. En dat terwijl halfgeleiders wel steeds kleiner werden.

Intel was een van de fabrikanten. Ik ben benieuwd hoe dit geheugen afwijkt van het oude bubble memory. Zie verder https://en.wikipedia.org/wiki/Bubble_memory

[Devion]

Had nog niet eerder van deze techniek gehoord; zolang het experimenteren al op 'kamertemperatuur' wordt gedaan heeft 't iig potentieel om binnen afzienbare tijd ook echt te implementeren. Ik hoop alleen wel dat het niet in dezelfde categorie als Intel's nieuwe storage gaat komen (lees: te laat).

[Dark_man]

Ik neem aan dat je 3D Xpoint bedoelt met Intel's nieuwe storage.

Maar waarom is dat dan te laat?

Als Intel daar niet mee was gekomen zaten we nog steeds opgescheept met flash en harddisks, vond je dat een betere situatie?

[Devion]

R&D staat los van verkoop aan consumenten, het product bied niks extras aan consumenten.
Je kan dus ook iets ontwikkelen als basis voor volgende producten en de productie ervan negeren indien de markt al verzadigd is met een beter product.

[Dark_man]

Waar heb je het over?

3D Xpoint is gewoon de logische opvolger van flash zolang MRAM er nog niet is.

Je kan toch nooit zeggen dat het geen enkele voordeel biedt voor consumenten?

Als het namelijk dezelfde prijs als flash zou hebben zou het sowieso de voorkeur genieten.

Het heeft bovendien diverse andere voordelen zoals dat de cellen minder snel verslijten als bij flash.

Bovendien is de toegangstijd sowiese veel lager dan bij flash en zal het hoe dan ook snelheidsvoordelen bieden.

Bij elke verkleining van de productieproces van flash wordt de levensduur van flash bovendien kleiner en dus heb je op termijn sowieso een opvolger nodig want op een gegeven moment krijg je flash chips die na een paar maanden gebruik al nutteloos zijn geworden.

[runeazn]

Altijd leuk om je leraren terug te zien in publicaties, dan vraag je soms toch echt af hoe hoogleraren nou de tijd vinden en om veel te publiceren en ook nog les te geven.

Ik ben helaas bang dat deze techniek pas toegepast kan worden wanneer SSD de consumentenmarkt al heeft verzadigd en dat dit dus een best niche techniek wordt, misschien wordt het als een methode tussen twee huidige geheuhgenmethodieken in gebruikt. Tijd zal het leren.