目前大多數的快速隨機存取記憶體(RAM)都是以是否採用電荷以指示‘0’或‘1’為基礎。這種記憶體真的極其快速,很容易就能達到低於1皮秒(ps)或10億分之一秒開關時間。而且他們的速度也得這麼快,才能跟得上當今CPU所需的功能。

但問題是,這種真正快速的記憶體要恆定輸入的能量,以保持‘0’或‘1’。當然,其每位元的功耗十分微小,但考慮到當今電子裝置採用數10億位元組(gigabyte;GB)的記憶體,整體的功率要求迅速增加,而功率消耗也產生熱量。供電和散熱一直是電腦設計的問題,而對於行動裝置、穿戴式裝置以及遠端物聯網(IoT)裝置而言,他們也成為設計成敗最關鍵的因素。

磁阻式隨機存取記憶體(MRAM)是非揮發性的,一旦記憶體經設置,就不需要維持功率,也能保有設定。但缺點是速度不夠。美國加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)教授Jeffrey Bokor及其研究團隊正著手突破這一速度障礙。

美國加州大學(柏克萊分校和河濱分校)的研究人員開發了一種新的超快速電子控制方法,可控制某些金屬的磁性。他們發現,釓和鐵的磁性合金在經過幾皮秒(十億分之一秒)的雷射突波脈衝時,能在10皮秒的時間內改變磁的方向。儘管不像基於電荷的半導體RAM,但它代表現有MRAM技術的巨大進展。

20171108_MRAM_NT01P1 透過超快速的雷射脈衝,切換磁性記憶體 (來源:UC Berkeley)

加州大學研究人員Richard Wilson說:「電脈衝暫時增加了?原子電子的能量,能量的增加使得鐵和釓原子的磁力彼此施加扭矩,最終導致金屬的磁極重新定向。這是利用電流控制磁體的全新方式。」

但釓鐵合金只是第一步。正如另一位研究人員Charles-Henri Lambert所指出的那樣,「找到一種擴展這一途徑的方式,從而為更廣泛的磁性材料類型實現更快速的電子寫入,是一項令人振奮的挑戰。」

下一步就是要在釓鐵合金上面堆疊一層鈷。研究人員們已展開了第二項研究,其結果發表在《應用物理學快報》(Applied Physics Letters)期刊中。在這項研採用釓鐵鈷(GdFeCo)薄膜,顯示由雷射脈衝導致的切換持續時間更短得多;這表示即使能效更高,產生的熱仍較少。

磁阻記憶體並不是實現更快速、更有效率記憶體的唯一可能性。惠普公司(Hewlett Packard Corporation)和其他公司已經投入了大量的時間和精力於憶阻器的開發——憶阻器是隨著記憶體指示‘0’或‘1’的狀態而利用其電阻變化的元件。業界對於更高能量、更有效率的記憶體需求顯而易見,而且還將持續尋找下一代的可用記憶體。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Speedy magnetic RAM requires no refresh signals,by Gary Elinoff)