מעבדות המחקר של IBM באלמדן (Almaden Research Laboratory) מציגות את הפיתוח החדש בתחום הזיכרונות - זכרונות מהירים וזולים לייצור, שיחליפו בעתיד את הכוננים הקשיחים והתקני ה-SSD.
IBM הכריזה כי היא מפתחת זיכרון מסוג חדש שיהיה מהיר יותר וזול יותר מפתרונות האחסון הקיימים כיום. הזיכרון החדש מכונה Racetrack Memory (או בקיצור RM) ועתיד לרשת את התקני האחסון המוכרים לנו בדמות כוננים קשיחים והתקני SSD. התקן הזיכרון החדש ישלב תכונות של דיסקים קשיחים והתקני פלאש.
IBM הכריזה כי היא מפתחת זיכרון מסוג חדש שיהיה מהיר יותר וזול יותר מפתרונות האחסון הקיימים כיום. הזיכרון החדש מכונה Racetrack Memory (או בקיצור RM) ועתיד לרשת את התקני האחסון המוכרים לנו בדמות כוננים קשיחים והתקני SSD. התקן הזיכרון החדש ישלב תכונות של דיסקים קשיחים והתקני פלאש.
פריצת דרך מדעית
זיכרונות המחשב המוכרים לנו כיום מגיעים בשתי צורות עיקריות, זיכרון RAM לסוגיו השונים ודיסקים מגנטיים קשיחים, ושניהם מסתמכים על סידור המידע במערך דו מימדי. השיטה החדשה מוסיפה תכונה חדשה לזיכרון בכך שהיא מרחיבה את האחסון הפיזי של הביטים למימד השלישי.
זיכרונות המחשב המוכרים לנו כיום מגיעים בשתי צורות עיקריות, זיכרון RAM לסוגיו השונים ודיסקים מגנטיים קשיחים, ושניהם מסתמכים על סידור המידע במערך דו מימדי. השיטה החדשה מוסיפה תכונה חדשה לזיכרון בכך שהיא מרחיבה את האחסון הפיזי של הביטים למימד השלישי.
כמו בהרבה מקרים אחרים, התיאוריה שבבסיס השיטה ידועה כבר משנות השבעים של המאה הקודמת. הרעיון עורר עניין רב במשך השנים, ומספר מחקרים נערכו בנושא זה, אולם עקב מגבלות וקשיים טכנולוגיים שלא היה ניתן להתגבר עליהם בעבר, הרעיון לא הגיעו לשלב מעשי. כעת, בעקבות המחקר של IBM, התיאוריה הפכה למעשית והמסמך הרשמי המתאר את המחקר מכיל הסברים כיצד לייצר את התקן ה-Racetrack.
כיצד זה פועל?
במהלך השנים האחרונות, צוות מחקר ב-IBM עמל על פיתוח השיטה החדשה לאחסון מידע. השיטה מסתמכת על חוטים זעירים (wires) בצורת U המכונים nanowires ובנויים אנכית למשטח השבב. חוטים אלה מתנהגים כאוגרי הזזה (shift register), כאשר ביטים של מידע יכולים להיכתב או להיקרא מבסיס החוט. ברגע שהביט נמצא בחוט, הוא יכול לנוע לשני הכיוונים בעזרת פולסים חשמליים קצרים המסופקים לקצוות החוט, ובכך נקבע מיקומם של הביטים בתוך החוט. הזיכרון נקרא בשם Racetrack (מסלול מירוצים) עקב תזוזת הביטים המגנטיים במהירות לאורך המסלול.
במהלך השנים האחרונות, צוות מחקר ב-IBM עמל על פיתוח השיטה החדשה לאחסון מידע. השיטה מסתמכת על חוטים זעירים (wires) בצורת U המכונים nanowires ובנויים אנכית למשטח השבב. חוטים אלה מתנהגים כאוגרי הזזה (shift register), כאשר ביטים של מידע יכולים להיכתב או להיקרא מבסיס החוט. ברגע שהביט נמצא בחוט, הוא יכול לנוע לשני הכיוונים בעזרת פולסים חשמליים קצרים המסופקים לקצוות החוט, ובכך נקבע מיקומם של הביטים בתוך החוט. הזיכרון נקרא בשם Racetrack (מסלול מירוצים) עקב תזוזת הביטים המגנטיים במהירות לאורך המסלול.
בתוך חוטי ה-nanowire, היחידה הבסיסית לאחסון הנתונים, מאוחסן המידע במתחמים מגנטיים המסודרים לאורכו (magnetic domain walls) המכונים DW. מספר רב של חוטי U כאלה יכולים להיבנות לתוך שבב בודד, וליצור דחיסות זיכרון גבוהה ליחידת שטח אחת, בהרבה מכל הטכנולוגיות המיושמות היום. הרעיון מבוסס על תופעה פיזיקלית בשם spin-momentum transfer, אשר בעזרתה הזרם החשמלי מזיז את כל הביטים לאורך החוט, ובכך ממקם בכל פעם DW שונה מול ההתקן שקורא וכותב לבסיס החוט, דבר המבוצע במהירות גבוהה ללא חלקים נעים וללא בלאי.
הדגמה של חוט U בעת פעולה של קריאה/כתיבה (לחצו לצפייה באנימציה) |
ההתקן שיוצר במעבדות IBM מכיל חוט nanowire בודד המיוצר על מצע (התקן דו-מימדי בשלב ראשוני זה), כאשר במרכזו קיים התקן קריאה/כתיבה, ומחולל פולסים המניע את הביטים לאורך החוט. החוט מיוצר מסגסוגת ברזל וניקל, וקוטרו הוא 200 ננו-מטר. המבנה הזה מתפקד כאוגר הזזה של DW (ר"ת domain walls) והחוקרים הצליחו לכתוב סדרה של ביטים אל תוך החוט ולקרוא את המידע בחזרה. הזמן שנדרש לקודד ולהזיז ביט אחד הוא כ-30 ננו-שניות, ועל פי זה מניחים החוקרים כי זמן הגישה הממוצע להתקן זיכרון RM יהיה בין 10 ל-50 ננו-שניות. זאת בהשוואה ל-5 מילי-שניות בדיסקים קשיחים כיום ובסביבות ה-10 ננו-שניות להתקני SSD מתקדמים.
מבט לעתיד
החוקרים מסכמים ואומרים כי ההתקן שבנו מוכיח את היתכנות בנית זיכרון באמצעות אוגרי הזזה, ומבשר על האפשרות ליצור התקני זיכרון כאלה בעתיד. עדיין ישנה עבודת מחקר רבה בטרם יתאפשר ייצור התקנים כאלה שיכילו מערכים תלת-מימדיים. אולם, תוך מספר שנים יתאפשר לייצר התקנים כאלו בנפחים בסדרי גודל של טרה-בייטים, והם צפויים לבסוף להחליף את ההתקנים המוכרים לנו היום.
החוקרים מסכמים ואומרים כי ההתקן שבנו מוכיח את היתכנות בנית זיכרון באמצעות אוגרי הזזה, ומבשר על האפשרות ליצור התקני זיכרון כאלה בעתיד. עדיין ישנה עבודת מחקר רבה בטרם יתאפשר ייצור התקנים כאלה שיכילו מערכים תלת-מימדיים. אולם, תוך מספר שנים יתאפשר לייצר התקנים כאלו בנפחים בסדרי גודל של טרה-בייטים, והם צפויים לבסוף להחליף את ההתקנים המוכרים לנו היום.
נגן מדיה שישתמש בטכנולוגיה הזאת יוכל לאחסן בסביבות ה-500,000 שירים או 3,500 סרטים ויהיה חסכוני בצריכת ההספק, כך שטעינה אחת של הסוללה תוכל להספיק לשבועות, והמידע בהתקן יהיה בטוח ולא ידעך במשך עשרות שנים.
