目前大多数的快速随机存取内存(RAM)都是以是否采用电荷以指示‘0’或‘1’为基础。这种内存真的极其快速,很容易就能达到低于1皮秒(ps)或10亿分之一秒开关时间。而且他们的速度也得这么快,才能跟得上当今CPU所需的功能。

但问题是,这种真正快速的内存要恒定输入的能量,以保持‘0’或‘1’。当然,其每位的功耗十分微小,但考虑到当今电子装置采用数10亿字节(gigabyte;GB)的内存,整体的功率要求迅速增加,而功率消耗也产生热量。供电和散热一直是计算机设计的问题,而对于行动装置、穿戴式装置以及远程物联网(IoT)装置而言,他们也成为设计成败最关键的因素。

磁阻式随机存取内存(MRAM)是非挥发性的,一旦内存经设置,就不需要维持功率,也能保有设定。但缺点是速度不够。美国加州大学柏克莱分校(UC Berkeley)教授Jeffrey Bokor及其研究团队正着手突破这一速度障碍。

美国加州大学(柏克莱分校和河滨分校)的研究人员开发了一种新的超快速电子控制方法,可控制某些金属的磁性。他们发现,钆和铁的磁性合金在经过几皮秒(十亿分之一秒)的雷射突波脉冲时,能在10皮秒的时间内改变磁的方向。尽管不像基于电荷的半导体RAM,但它代表现有MRAM技术的巨大进展。

MRAM17110802 透过超快速的激光脉冲,切换磁性内存 (来源:UC Berkeley)

加州大学研究人员Richard Wilson说:“电脉冲暂时增加了原子电子的能量,能量的增加使得铁和钆原子的磁力彼此施加扭矩,最终导致金属的磁极重新定向。这是利用电流控制磁体的全新方式。”

但钆铁合金只是第一步。正如另一位研究人员Charles-Henri Lambert所指出的那样,“找到一种扩展这一途径的方式,从而为更广泛的磁性材料类型实现更快速的电子写入,是一项令人振奋的挑战。”

下一步就是要在钆铁合金上面堆栈一层钴。研究人员们已展开了第二项研究,其结果发表在《应用物理学快报》(Applied Physics Letters)期刊中。在这项研采用钆铁钴(GdFeCo)薄膜,显示由激光脉冲导致的切换持续时间更短得多;这表示即使能效更高,产生的热仍较少。

磁阻内存并不是实现更快速、更有效率内存的唯一可能性。惠普公司(Hewlett Packard Corporation)和其他公司已经投入了大量的时间和精力于忆阻器的开发——忆阻器是随着内存指示‘0’或‘1’的状态而利用其电阻变化的组件。业界对于更高能量、更有效率的内存需求显而易见,而且还将持续寻找下一代的可用内存。

编译:Susan Hong

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