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加州大學(xué)洛杉磯分校亨利·薩繆里工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院研究人員通過(guò)電壓而不是電流，極大地提高了磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器性能，這是一種速度極快、性能卓越的計(jì)算機(jī)內(nèi)存。 被加州大學(xué)洛杉磯分校研究小組稱(chēng)為磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器的這款內(nèi)存極有可能成為未來(lái)幾乎所有電子產(chǎn)品的內(nèi)存條，包括智能手機(jī)、平板電腦、計(jì)算機(jī)、微處理器，也可專(zhuān)門(mén)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如計(jì)算機(jī)和大型數(shù)據(jù)中心的固態(tài)磁盤(pán)等。 磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是它耗能極低，同時(shí)密度大、讀取和寫(xiě)入速度快、不揮發(fā)，不用加電也可保存數(shù)據(jù)（這類(lèi)似于硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和閃存條，但速度要快得多）。 當(dāng)前，磁性?xún)?nèi)存的技術(shù)基礎(chǔ)是自旋轉(zhuǎn)移矩，利用了電子（自旋體）的電荷和磁特性，以電流移動(dòng)電子，向內(nèi)存寫(xiě)入數(shù)據(jù)。盡管自旋轉(zhuǎn)移矩與其他內(nèi)存技術(shù)相比有諸多優(yōu)勢(shì)，但其電流寫(xiě)入機(jī)制仍須消耗一定能量，即寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定熱量。其存儲(chǔ)能力受到數(shù)據(jù)物理距離的限制，即寫(xiě)入信息所需電流的限制。這種低位能力拉高了比特成本，從而限制了自旋轉(zhuǎn)移矩技術(shù)的應(yīng)用。 在磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器中，加州大學(xué)洛杉磯分校的研究小組用電壓取代電流來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。這樣就無(wú)須用導(dǎo)線(xiàn)移動(dòng)大量的電子，而只須利用電壓（電勢(shì)差）即可開(kāi)關(guān)磁位，向內(nèi)存寫(xiě)入信息。這樣計(jì)算機(jī)內(nèi)存產(chǎn)生的熱量就大為減少，節(jié)能效率提高10到1000倍。此外，內(nèi)存密度可提高5倍，在同樣的物理空間內(nèi)能存儲(chǔ)更多的位信息，從而降低了比特成本。 該研究負(fù)責(zé)人為加州大學(xué)洛杉磯分校電氣工程系教授王康，成員還有論文第一作者、電氣工程研究生胡安·G·阿爾扎泰以及加州大學(xué)洛杉磯分�！獓�(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署非揮發(fā)邏輯項(xiàng)目經(jīng)理、電氣工程助理研究員佩德拉姆·哈利利。 哈利利說(shuō)：“以電壓控制納米級(jí)磁體的能力是磁學(xué)研究中令人興奮、快速增長(zhǎng)的領(lǐng)域。這一工作為下列研究提供了新思考：如何以電壓脈沖控制開(kāi)關(guān)方向，如何不用外部磁場(chǎng)就能確保設(shè)備正常工作，如何把它們整合成高密度存儲(chǔ)器陣列等。一旦做成商品，磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器相對(duì)現(xiàn)行其他技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅表現(xiàn)在能量散失少上，還表現(xiàn)在能使磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器極為密實(shí)，這也很重要。由于成本低、性能高，磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器可以挺進(jìn)以前為成本和性能所困的新的應(yīng)用領(lǐng)域�！� 阿爾扎泰說(shuō)：“最近首款自旋轉(zhuǎn)移矩—磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器（STT－RAM）商用芯片問(wèn)世，它也為磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器的推廣打開(kāi)了大門(mén)，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)備原料和制造工藝十分相似，后者既可兼容STT－RAM當(dāng)前的邏輯電流技術(shù)，又減緩了能量和密度的限制。” 名為《納米級(jí)磁穿隧接面的電壓開(kāi)關(guān)控制》論文介紹了上述研究成果，在12月12日于舊金山召開(kāi)的美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)國(guó)際電子設(shè)備2012年會(huì)上進(jìn)行了宣讀，該年會(huì)是“發(fā)布半導(dǎo)體和電子設(shè)備領(lǐng)域突破性成果的杰出論壇”。 磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器采用了稱(chēng)為受電壓控制的磁絕緣體結(jié)點(diǎn)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)，數(shù)層摞在一起，其中有兩層是磁性材料，一層磁場(chǎng)方向固定，另一層可通過(guò)電場(chǎng)加以控制。特殊設(shè)計(jì)的設(shè)備對(duì)電場(chǎng)很敏感。當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，兩個(gè)磁層間就產(chǎn)生了電位差，即電壓。電壓可通過(guò)在各層表面聚積或消除電子，向內(nèi)存寫(xiě)入信息。 王康指出：“像這樣能量極低的自旋電子設(shè)備，其潛在應(yīng)用不只限于存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)。這些存儲(chǔ)器可集合邏輯和計(jì)算，從而徹底消除預(yù)備電力，使即通型電子系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，極大提高設(shè)備功能。” 這項(xiàng)研究得到了國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署NV邏輯項(xiàng)目的資助。論文其他作者分別來(lái)自加州大學(xué)洛杉磯分校電氣工程系、加州大學(xué)歐文分校物理和天文學(xué)系、日立全球存儲(chǔ)技術(shù)公司以及Singulus技術(shù)公司。（中國(guó)科學(xué)報(bào)） |
