Оперативна пам’ять на дієті

Первинні вкладки

Сучасні комп’ютери використовують для роботи поєднання енергозалежної та енергонезалежної пам’яті. Енергонезалежна пам’ять - це дані, які постійно зберігаються на жорсткому диску комп’ютера і залишатимуться там після вимкнення живлення пристрою. Енергонезалежна пам’ять - це дані, які зберігаються в пам’яті в ОЗУ і видаляються або втрачаються, коли комп’ютер втрачає живлення. Проблема оперативної пам’яті полягає в тому, що для зберігання даних для тимчасового використання потрібно багато енергії. Незважаючи на те, що доступ до цих даних відбувається швидше, ніж до даних постійних ПЗУ, це значне енергоспоживання, особливо якщо врахувати, що все більше даних переміщується на хмарні сервери. Щоб запобігти переповненню стека, серверам потрібно достатньо оперативної пам'яті для обробки запитів, а також повинні бути достатньо еластичними для обробки як малого, так і великого обсягу трафіку.

Д-р Тобіас Косуб та доктор Денис Макаров з Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) застосовують новий підхід до оперативної пам'яті для створення системи, яка пропонує 50-кратне зниження потужності. На відміну від звичайних феромагнітних систем, вони дебютують з антиферомагнітною магнітоелектричною оперативною пам'яттю (AF-MERAM).

Магнетизм

Існує кілька різних типів магнетизму. Цікаво, що вся речовина є магнітною, але деякі речовини мають більше, інтенсивніше магнітне поле, ніж інші. Магнетизм - це результат орбіти і спіна електронів в атомі (магнітний момент) і того, як всі електрони взаємодіють між собою. У класичному підковоподібному магніті використовуваними металами є сплави заліза, нікелю та кобальту. Усередині магніту магнітні моменти цих елементів вирівнюються в одному напрямку, надаючи орієнтацію Північ/Південь, посилюючи магнітне поле. Це феромагнетизм.

У речовині, яка є антиферромагнітною, магнітні моменти всередині кристалічної решітки чергуються в напрямку. Оскільки всі магнітні моменти протистоять один одному, то чистий магнітний момент для матеріалу дорівнює нулю. Змінюючи параметр порядку або порушуючи магнітну симетрію, нульовий чистий магнетизм зменшується; це те, як дані можуть зберігатися як 1 або 0. Команда HZDR використовувала оксид хрому, встановлений на тонкому шарі платини; оксид хрому діє як антиферомагнітний накопичувач, тоді як платина використовується для зчитування даних.

Напруга, не струм

Звичайний чіп оперативної пам'яті зберігає дані в електронному вигляді. Цифровий 1 або 0 розміщується на мікросхемі і утримується там струмом. Струм повинен підтримуватися, щоб зберегти дані в пам'яті. В антиферромагнітних матеріалах важко записувати дані та читати їх, але дані залишаться там після відмови від струму. Для запису даних на оксид хрому HZDR використовує напруги, а не струми. Мислячи з точки зору водопроводу, струм - це потік води, тоді як напруга - це тиск води; вода не повинна текти, щоб змінити тиск води. Хоча необхідні напруги збільшуються, вони імпульсують для запису даних, що обмежує надмірну втрату енергії.

Ще однією проблемою феромагнітного зберігання є втрата даних при гістерезисі. Феромагнетики можуть зберігати ефекти від раніше застосованого поля після його видалення. Якщо нове поле буде застосовано занадто рано, дані будуть заблоковані. Антиферромагнетики не страждають від цієї втрати достовірності даних. Справжньою проблемою було прочитання письмової частини інформації.

Надзвичайний ефект

Фізики HZDR використовували тонкий шар платини, що дозволяє зчитувати дані за допомогою ефекту Аномального Холла. Це ефект, коли напруга буде розвиватися на металевій пластині під впливом магнітного поля. Отже, коли антиферромагнетик знаходиться на нульовому нульовому магнітному моменті, відсутня відповідна напруга. Якщо магнітне поле схилено, розвинеться невелике магнітне поле. Команда HZDR зазначає, що сигналу дуже мало, і вони працюють над методами для покращення виявлення. Команда також зазначає, що робочий чіп працює в дуже вузькому діапазоні температур, і вони досліджують методи розширення цього діапазону.

Хоча це дослідження ще зароджується, це дослідження показало багато перспектив. Надалі команда спробує включити кілька елементів пам'яті в один чіп, а також масиви пам'яті. Нові чіпи все ще будуть виготовлятись методами, використовуваними для виробництва звичайної оперативної пам'яті.

Зверху зображення: модуль Ram (Public Domain)