یک تیم تحقیقاتی در ژاپن موفق شده حافظهای مبتنی بر یک ماده آنتیفرومغناطیس بسازد که تنها در ۴۰ پیکوثانیه سوئیچ میکند. این فناوری با استفاده از مکانیزم Spin-Orbit Torque و بدون نیاز به گرمایش شدید، راه جدیدی برای ساخت حافظههای فوقسریع و کممصرف باز کرده که میتواند آینده پردازش سیستمهای هوش مصنوعی را متحول کند.
بحران مصرف انرژی در دیتاسنترهای هوش مصنوعی حالا به یکی از بزرگترین چالشهای صنعت نیمهرسانا تبدیل شده است. در این حالت بخش قابلتوجهی از برق مصرفی، نه صرف پردازش، بلکه صرف جابهجایی و Refresh مداوم دادهها در حافظه میشود.
حالا محققان دانشگاه توکیو موفق شدهاند یک حافظه اسپینترونیکی (برپایه تحلیل اسپین الکترون و گشتاور مغناطیسی) را توسعه دهند که میتواند تنها در ۴۰ پیکوثانیه سوئیچ کند؛ سرعتی حدود هزار برابر سریعتر از DRAMهای امروزی، آن هم با تولید حرارت بسیار کمتر.
حافظه جدید ژاپنیها با سرعتی در حد پیکوثانیه عمل میکند؛ بازهای زمانی که تاکنون بیشتر در آزمایشگاههای فیزیک کوانتومی دیده میشد تا صنعت حافظه.
چرا این حافظههای تا این حد سریعاند؟
این ساختار از ماده آنتیفرومغناطیس Mn₃Sn (منگنز-قلع) ساخته شده و برخلاف حافظههای متداول که داده را بهصورت بار الکتریکی ذخیره میکنند، اطلاعات را در قالب وضعیتهای مغناطیسی نگه میدارد. همین موضوع باعث میشود حافظه ماهیتی Non-Volatile (غیر فرّار) داشته باشد و حتی پس از قطع برق نیز دادهها حفظ شوند.
برخلاف فرومغناطیسهای رایج مانند آهن و کبالت، در مواد آنتیفرومغناطیس مُمانهای مغناطیسی تا حد زیادی یکدیگر را خنثی میکنند. این ویژگی علاوه بر مقاومت بیشتر در برابر نویز مغناطیسی، امکان سوئیچینگ بسیار سریعتر و مقیاسپذیری بهتر در ابعاد نانومتری را فراهم میکند.
محققان ساختارهای لایهای Mn₃Sn/Ta را روی بستر سیلیکونی ساخته و سپس با پالسهای فوقکوتاه الکتریکی، وضعیت مغناطیسی آن را میان دو حالت پایدار تغییر دادهاند. نکته مهم اینجاست که فرآیند سوئیچینگ مبتنی بر گرمایش شدید نیست؛ بلکه از مکانیزمی به نام Spin-Orbit Torque استفاده میکند که طی آن تکانه زاویهای مستقیماً به ساختار اسپینی ماده منتقل میشود.
در فناوری جدید، تغییر وضعیت بیتها با «انتقال تکانه زاویهای» انجام میشود، نه با شوک حرارتی شدید که دشمن اصلی راندمان انرژی در حافظههای فوقسریع است.
کاهش باورنکردنی مصرف برق با حافظههای آنتیفرومغناطیس
نتایج آزمایشها نشان میدهد این حافظه میتواند تنها در ۴۰ پیکوثانیه تغییر وضعیت دهد، در حالی که افزایش دمای آن هنگام سوئیچینگ فقط حدود ۸ کلوین است. این عدد در مقایسه با بسیاری از فناوریهای حافظه فوقسریع که برای سوئیچینگ به جهشهای حرارتی چندصد کلوینی متکی هستند، بسیار پایین محسوب میشود.
بخش مهم دیگر پروژه، آزمایش Optical Switching است. تیم تحقیقاتی با استفاده از لیزر باند مخابراتی و فوتودیود، پالسهای نوری فراکوتاه ۶۰ پیکوثانیهای تولید کرده و مستقیماً وضعیت حافظه را تغییر داده است؛ رویکردی که میتواند در آینده با معماریهای Silicon Photonics و Optical Interconnect دیتاسنتری ترکیب شود.
اتصال مستقیم لیزر به حافظه میتواند یکی از پایههای نسل آینده دیتاسنترهای فوتونیکی و زیرساختهای AI کممصرف باشد.
اگر چنین فناوریای روزی به مرحله تجاریسازی برسد، میتواند مصرف انرژی حافظه، بار سیستمهای خنککننده و حتی تأخیر انتقال داده در زیرساختهای AI را به شکل محسوسی کاهش دهد.
با این حال، فناوری فعلی هنوز در مرحله آزمایشگاهی قرار دارد و چالشهایی مانند سازگاری با CMOS، دوام طولانیمدت، هزینه تولید و حذف نیاز به میدان مغناطیسی خارجی همچنان حل نشدهاند.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت