“硬碟成本、DRAM性能” IBM新概念記憶體
DATE 2005/02/24
【日經BP社報導】
磁性賽道記憶體的外觀
美國IBM日前宣佈，正在開發應用自旋電子學技術的新型非揮發性記憶體。通過採用由約100個由磁性材料沿三維方向構成的記憶體單元組成的層疊結構，生產成本與硬碟差不多。IBM阿爾馬丁研究中心經理、SpinAps（IBM-史丹佛自旋電子學科學應用中心）IBM研究員斯圖亞特·帕金（Stuart S. P. Parkin），在2005年2月22日于東京召開的“第3屆奈米技術綜合研討會（JAPAN NANO 2005）”上，以《Novel Magnetic Memories Using Spintronic Materials and Devices》為題，發表了這一技術的概要。
此次發表的記憶體名為“Magnetic race-track Memory（磁性賽道記憶體）”。因其採用了由相當於記憶“0”、“1”資訊的位單元的磁性材料連成了像是賽車跑道一樣的形狀而得名。在IBM此次倡導的記憶體中，race-track（賽道）由100個左右的位單元沿垂直于矽底板的方向連接而成，而且來回曲折。也就是說，從水平方向的實際密度上來說，用於讀取和寫入的單個位元素的水準面積上，可以記錄約100位的資訊。這樣，與IBM等多家公司目前正在研發的磁性記憶體“MRAM”相比，據說集成度可提高至100倍左右。而讀取和寫入時間約為50ns，基本上和現有的DRAM相同。
在連續形成位單元的race-track中，自旋方向相反的單元之間會產生磁疇壁（Magnetic Wall）。IBM此次發現了向race-track施加電流脈衝後，磁疇壁會發生移動的現象。據介紹應用這種現象，就能實現可隨機訪問的非揮發性記憶體。目前由於磁性賽道記憶體仍處於基礎研究階段，因此預計要等到5～10年後才能達到實用水準。（記者：大石 基之）
IBM與台灣ITRI合作研發新型非揮發性記憶體“Racetrack Memory”
DATE 2008/09/19
【日經BP社報導】美國IBM與台灣政府所屬研究機構ITRI（工業技術研究院）宣佈，將合作研發採用磁性材料的非揮發性記憶體“Racetrack Memory”。Racetrack Memory是IBM公司Stuart Parkin（IBM院士，阿爾馬登研究中心（Almaden Research Center））構想的新型超高集成非揮發性記憶體。
IBM與ITRI的共同研究小組將探索Racetrack Memory所用的新材料及新構造。ITRI的副院長Ian Chan表示：“通過在多個候選對象中找出最適合Racetrack Memory的材料及構造，可從得到新的認識”。
Racetrack Memory中記錄在磁性材料中的位列（Bit Column）採用像賽車跑道那樣排列的構造。（參閱本站報導）。由於沿垂直（或水準）于矽底板方向配置的磁性材料可大量記錄資訊，因此與以往的半導體記憶體相比，能夠以更小的晶片面積實現大容量。（記者：大石 基之）
新記憶體可把iPod容量擴大百倍
上網時間: 2008年04月18日
英大學研發新技術 MP3可望儲存上億首歌
更多精選文章根據IBM旗下Almaden研究中心資深研究員Stuart Parkin的介紹，一種被命名為「賽道(racetrack)」的新一代非揮發性記憶體，可望逐漸取代快閃記憶體，甚至是傳統硬碟機。
透過採用自旋電子(spintronics)技術──即以電子的磁性旋轉、而非電荷來儲存數據──IBM最近展示了此一經驗證的移位暫存器(shift register)概念。該原型機將數據沿著矽奈米線，即所謂的「賽道」的長度方向編碼到磁疇壁(magnetic domain wall)中。IBM採用“無質量運動(massless motion)”來沿著奈米線移動磁疇壁，實現對資訊的儲存和修改。
「我們已經展示了由電流控制的磁疇壁移位暫存器，這正是賽道記憶體的基礎。」Parkin表示：「我們採用電流脈衝沿著奈米線移動一系列磁疇壁，而這在磁場中是無法實現的。」
以該公司早在2004年就取得專利的自旋電子方案，IBM打算用目前單個SRAM儲存位元或者10個快閃記憶體位元的面積，或者採用3D架構，在嵌入的賽道形狀磁奈米線上，儲存自旋極化(spin-polarized)的數據。
在1微米(micron)寬、10微米高的矽面積上，IBM聲稱其第一代賽道記憶體可以儲存10bits，因而取代快閃記憶體；最後在相同的面積上，這種記憶體的容量可達100bits，這樣的儲存密度已經足夠取代硬碟機。
「在自旋電子學這個新領域中，賽道記憶體實際上是第三項突破。」Parkin表示：「在目前的固態記憶體元件中，你可以儲存和控制電荷的流動。而在賽道記憶體中，我們儲存和控制電子自旋的流動。」
基於巨磁阻效應(giant magnetoresistive effect)，Parkin在1989年發明了自旋閥感測元件(spin valve sensing device)，該結構將硬碟機的容量提高到原來的1,000倍。「之後我們發明了使用磁隧道結(magnetic-tunnel junction，MTJ)的方法──即透過介電質將兩個磁性層分開的三明治結構──在1999年，我們採用這種方法製作了第一顆磁隨機讀取記憶體(MRAM)。」他指出。
「而該技術的第三代就是賽道記憶體，它可望取代包括快閃記憶體和硬碟機在內的所有非揮發性儲存裝置。」Parkin認為。而IBM估計，採用賽道記憶體的iPod，將可儲存100倍的資訊；且這種固態記憶體與快閃記憶體不同，不會產生耗損的問題。
賽道記憶體沿著高深寬比(high aspect ratio)的奈米線長度方向注射磁化的磁疇壁──這種奈米線只有幾個奈米寬但長達幾個微米。之後採用自旋極化的電流脈衝沿著奈米線移動磁疇壁，就完成了對數據的儲存和修改。
去年IBM展示了如何在一根奈米線上儲存磁疇，並可以沿著線長度的方向移動磁疇。新的移位暫存器由很多可以沿奈米線長度方向儲存和移動的磁疇壁組成。為了讀出數據，該元件需要感應到奈米線中電阻值的變化。
下一步是在每個賽道記憶體部建構一個快速MTJ讀出頭，這樣就可以敏捷地讀出每個記憶體上儲存的100bits資訊。IBM目前的原型機是與矽晶片表面平行對齊的線性賽道記憶體；配備MTJ讀出頭的首款賽道記憶體也將採用同樣的平行架構。
最後，IBM計劃透過把奈米線沈入矽中，以獲得垂直的賽道記憶體；如此MTJ讀出頭就可放置在其頂部。
(參考原文： IBM 'racetrack' memory seeks to replace flash, disk drives)
