Vědci z univerzity v Minnesotě zveřejnili nový výzkum, díky kterému dosáhli rekordního milníku v rychlosti zápisu do magnetické buňky prezentované magnetickým tunelovým přechodem (MTJ – Magnetic Tunnel Hunction). Zápis využívá optické technologie – laseru, se kterým bylo možné měnit uloženou hodnotu během jedné pikosekundy.
Minulý týden jsme informovali o tom, že IBM dokázalo uložit jeden bit pomocí jednoho atomu (nejmenší magnet na světě), což je perfektní ukázka toho, že s hustotou zápisu u magnetických pamětí je stále kam postupovat. Jak je to ale s rychlostí zápisu a čtení do magnetických pamětí?
Pokud bude kapacita růst stále exponenciálně, musí se také úměrně zvyšovat rychlost, protože k čemu nám bude spoustu místa, když bude hrozně dlouho trvat, než daná data na disk vůbec dostaneme. A tady přichází ke slovu optická technologie.
Terabit dat za sekundu
Struktura vytvořené magnetické buňky zahrnuje dvě vrstvy feromagnetického materiálu – v tomto případě šlo o kombinaci kobaltu, železa a gadolinia (GdFeCo), mezi kterými je izolační vrstva. Nad touto magnetickou strukturou byla ještě umístěná průhledná vrstva z iridia, přičemž celková výška buňky byla 10 mikrometrů (desetina tloušťky lidského vlasu).
Typicky vše funguje jednoduše – dle zmagnetizování jedné z feromagnetických vrstev lze zapisovat nebo číst informace ve formě jedniček a nul. V pokročilejší formě se k tomuto používá spin elektronu (věnuje se tomu samostatný obor Spintronika), který ale doposud narážel na limit rychlosti zpracování a poslední rekordy byly pouze kolem frekvence 1,6 GHz.
Grafická ukázka struktury a zápisu pomocí laseru (Junyang Chen, University of Minnesota)
S nově vyvinutou technologií je ale možné rychlost posunout na mnohem vyšší úroveň. V kombinaci s levným laserem s ultrakrátkými pulzy infračerveného světla bylo naměřeno, že úspěšně dochází k přepínání buňky (pokaždé nastala změna napětí), což s pikosekundovými pulzy znamenalo teoretickou rychlost zápisu kolem 1 Tb/s (125 GB/s).
Opticko-magnetické disky jako budoucnost?
Zatím to vypadá, že magnetická technologie má do budoucna stále co nabídnout hlavně z pohledu kapacity v poměru k ceně a ani nové technologie typu NAND flash (SSD) nebo 3DXpoint neukazují, že by magnetické technologie v blízké době ohrozily.
Jak ale ukazuje tento výzkum, evoluce magnetického zápisu bude nejspíše počítat s optickou technologii využívající laseru. Stále tak budou pevné disky rotovat, ale zápis už nebude probíhat pomocí magnetických hlaviček, ale pomocí laserů, které budou využívat spinu elektronu pro uložení a čtení informace.
Technologie by ale mohla sloužit i ke stavbě výpočetního zařízení, který by zahrnoval jak logické struktury, tak i paměť v jednom, vše s využitím spintroniky. Dle vyjádření profesora Jian-Ping Wanga by to mohlo vést k vytvoření struktur podobných mozku. Světlo by se přitom stalo hlavní pro přenos i zápis informace, struktury podobné funkcím neuronů a synapsí by pak tvořily zmíněné části založené na spintronice s magnetickými materiály.
Protože se stále jedná o základní výzkum, je nyní v plánu pokračovat ve zlepšování a především zmenšování prvku na hranici 100 nm a také optimalizace spotřeby energie nutné pro provoz laseru a získávání informace. Jakmile budou tyto kroky alespoň z části hotové, je pochopitelně nutné vyřešit hromadnou výrobu, která bude zahrnovat schopnost umístit takových prvků miliardy třeba na budoucí formy ploten nebo magnetických pamětí.
Oficiální materiály k výzkumu nalezete zde.