Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

КОЛЬЦА ПАМЯТИ

Уровень современной вычислительной техники в первую очередь определяется объемом ее памяти и быстродействием. Немаловажное значение имеют доступность информации, возможность длительного ее хранения при выключенном источнике питания и число возможных циклов перезаписи.

Сегодня большие объемы информации хранят несколькими способами. Оптические компакт-диски и магнитные жесткие диски вмещают сотни и тысячи мегабайт, не требуют питания, но довольно медленны при записи и считывании. Оперативная память обеспечивает малое время доступа (десятки наносекунд) и плотность записи до 12 Мбайт/см2 , но работает только во включенной аппаратуре.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Транзисторные сборки, элементы которых имеют состояния либо "открыто", либо "закрыто", могут довольно долго обходиться без питания, но обладают невысокой плотностью записи и дороги. Флешь-память на сегнетоэлектриках использует свойство этих материалов долго сохранять состояние электрической поляризации после выключения напряжения. Однако после некоторого цикла перезаписи в них происходит накопление паразитного электрического заряда, приводящее к отказу.

Магнитные элементы памяти выдерживают практически неограниченное число циклов перезаписи. Их ячейки в виде колец с замкнутым магнитным потоком не имеют полей рассеяния и в принципе обеспечивают высокую плотность записи. Не случайно память на ферритовых кольцах широко применялась в первых ЭВМ лет 40 назад. Однако конструкция их была сложна: каждое колечко вручную "прошивали" несколькими витками провода. Это усложняло сборку элементов и не позволяло сильно уменьшать их размеры.

В Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна) исследователи под руководством доктора физико-математических наук В. М. Дубовика совместно с лабораторией профессора М. А. Марценюка из Пермского государственного университета разработали новый способ хранения информации. Их работы относятся к области квантовых явлений и технологии получения наноструктур, состоянием которых можно управлять с помощью внешних электромагнитных полей.

Ячейка памяти выполнена из ферромагнитного материала, имеющего хорошо подобранные магнитные свойства (доменную структуру, фазы перехода из магнитожесткого состояния в магнитомягкое и т. д.). Основное ее отличие от старых элементов памяти - исключительно малые размеры. Минимальный размер ячейки - 10 нм (стотысячная миллиметра); дальше начинают сказываться квантовые флуктуации магнитного момента материала, приводящие к сбоям.

Современные методы литографии, применяющиеся для изготовления микросхем, позволяют получать ячейки размером 1-0,2 микрона, нанотехнология - до 10 нм. При площади ячейки 1 квадратный микрон плотность записи составит 100 Мбит/см2 при рабочей частоте 100 МГц и до 1 Гбит/см2 при увеличении частоты до 1 гигагерца. Это превышает возможности существующей оперативной памяти в десятки раз.

Конструкция ячейки памяти предельно проста: два ферромагнитных кольца (рабочее и эталонное) и три провода. Рабочее кольцо может быть намагничено двояко: его магнитный поток направлен либо по часовой стрелке, либо против. Управление процессом записи осуществляют две шины: одна проходит внутри кольца и создает вихревое магнитное поле; другая - снаружи, ее поле перпендикулярно направлению намагниченно сти кольца. При одновременном действии обоих полей происходит перемагничивание кольца.

Для считывания информации на внешнюю шину подается электрический импульс высокой частоты, который вызывает в кольцах колебания магнитного момента. Он индуцирует напряжение в шинах, проходящих сквозь кольца. И если рабочая часть ячейки намагничена в том же направлении, что и эталонная, суммарный поток и, следовательно, напряжение на шине будут равны нулю (состояние "нет" - 0). Если же ячейки намагничены в противоположных направлениях, их потоки, складываясь, вызовут появление импульса напряжения (состояние "да" - 1).

Новая разработка российских исследователей с официальным наименованием "Магнитотороидальная память с произвольным доступом" признана изобретением и защищена патентами.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Вести из институтов, лабораторий, экспедиций»