นักวิจัยเสนอ RAM รุ่นต่อไปที่ใช้ พลังงานลดลง


 หน่วยความจําหลายประเภทสําหรับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ได้เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาโดยมีเป้าหมายเพื่อเอาชนะข้อจํากัดที่กําหนดโดยหน่วยความจําเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) แบบดั้งเดิม Magnetoresistive RAM (MRAM) เป็นหน่วยความจําประเภทหนึ่งที่มีข้อดีหลายประการเหนือ RAM ทั่วไป รวมถึงการไม่ผันผวน ความเร็วสูง ความจุที่เพิ่มขึ้น และความทนทานที่เพิ่มขึ้น

แม้ว่าจะมีการปรับปรุงอุปกรณ์ MRAM อย่างน่าทึ่ง แต่การลดการใช้พลังงานระหว่างการเขียนข้อมูลยังคงเป็นความท้าทายที่สําคัญ


การศึกษาที่ตีพิมพ์ใน Advanced Science โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโอซาก้าเสนอเทคโนโลยีใหม่สําหรับอุปกรณ์ MRAM ที่มีการเขียนข้อมูลพลังงานต่ํา เทคโนโลยีที่เสนอช่วยให้รูปแบบการเขียนแบบสนามไฟฟ้ามีการใช้พลังงานลดลง  ซึ่งอาจเป็นทางเลือกแทน RAM แบบดั้งเดิม


อุปกรณ์ RAM แบบไดนามิก (DRAM) ทั่วไปมีหน่วยเก็บข้อมูลพื้นฐานที่ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์และตัวเก็บประจุ อย่างไรก็ตาม ข้อมูลที่เก็บไว้ไม่สามารถใช้ไได้เมื่อไม่มีไฟฟ้า   ในทางตรงกันข้าม MRAM ใช้สถานะแม่เหล็ก เช่น การวางแนวของการทําให้เป็นแม่เหล็ก เพื่อเขียนและจัดเก็บข้อมูล ทําให้สามารถจัดเก็บข้อมูลแบบไม่ลบเลือน

"เนื่องจากอุปกรณ์ MRAM อาศัยสถานะการทําให้เป็นแม่เหล็กแบบไม่ลบเลือนมากกว่าสถานะประจุระเหยในตัวเก็บประจุจึงเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มสําหรับ DRAM ในแง่ของการใช้พลังงานต่ําในสถานะสแตนด์บาย" Takamasa Usami นักวิจัยอธิบาย

โดยทั่วไปอุปกรณ์ MRAM ในปัจจุบันต้องการกระแสไฟฟ้าเพื่อสลับเวกเตอร์แม่เหล็กของทางแยกอุโมงค์แม่เหล็กซึ่งคล้ายคลึงกับการสลับสถานะประจุของตัวเก็บประจุในอุปกรณ์ DRAM อย่างไรก็ตาม จําเป็นต้องมีกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่เพื่อสลับเวกเตอร์การทําให้เป็นแม่เหล็กในระหว่างกระบวนการเขียน ส่งผลให้เกิดความร้อนของจูลอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ซึ่งนําไปสู่การใช้พลังงาน

เพื่อแก้ไขปัญหานักวิจัยได้พัฒนาส่วนประกอบใหม่สําหรับการควบคุมสนามไฟฟ้าของอุปกรณ์ MRAM เทคโนโลยีหลักคือโครงสร้างเฮเทอโรติกแบบมัลติเฟอร์รอยอิกที่มีเวกเตอร์แม่เหล็กที่สามารถสลับได้ด้วยสนามไฟฟ้า


การตอบสนองของโครงสร้าง heterostructure ต่อสนามไฟฟ้าโดยทั่วไปมีลักษณะในแง่ของค่าสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์แบบแม่เหล็กไฟฟ้าแบบสักทวานซ์ (CME) ค่าที่มากขึ้นบ่งชี้ถึงการตอบสนองของการทําให้เป็นแม่เหล็กที่แรงขึ้น

ก่อนหน้านี้นักวิจัยได้รายงานโครงสร้าง heterostructure แบบมัลติเฟอร์รอยอิกที่มีค่าสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ CME ขนาดใหญ่มากกว่า 10-5 วินาที / เมตร อย่างไรก็ตาม ความผันผวนของโครงสร้างในส่วนต่างๆ ของชั้นเฟอร์โรแมกเนติก (Co2FeSi) ทําให้ยากที่จะบรรลุแอนไอโซโทรปีแม่เหล็กที่ต้องการ ซึ่งขัดขวางการทํางานของสนามไฟฟ้าที่เชื่อถือได้


เพื่อปรับปรุงความเสถียรของการกําหนดค่านี้นักวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่สําหรับการแทรกชั้นวาเนเดียมบางเฉียบระหว่างชั้นเฟอร์โรแมกเนติกและเพียโซอิเล็กทริก


อินเทอร์เฟซที่ชัดเจนทําได้โดยการแทรกชั้นวาเนเดียม ซึ่งนําไปสู่การควบคุมที่เชื่อถือได้ของอะนีโซทรอปีแม่เหล็กในชั้น Co2FeSi นอกจากนี้ เอฟเฟกต์ CME ยังมีค่าที่มากกว่าที่ทําได้ด้วยอุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกันซึ่งไม่มีชั้นวาเนเดียม

นักวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าสถานะแม่เหล็กที่แตกต่างกันสองสถานะสามารถรับรู้ได้อย่างน่าเชื่อถือที่สนามไฟฟ้าเป็นศูนย์โดยการเปลี่ยนการทํางานของการกวาดของสนามไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าสถานะไบนารีที่ไม่ลบเลือนสามารถทําได้โดยเจตนาที่สนามไฟฟ้าเป็นศูนย์


"ด้วยการควบคุมโครงสร้างเฮเทอโรอิคแบบมัลติเฟอร์รอยก์อย่างแม่นยําข้อกําหนดหลักสองประการสําหรับการใช้อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า (ME)-MRAM ในทางปฏิบัตินั้นเป็นที่พอใจ ได้แก่ สถานะไบนารีที่ไม่ระคายที่มีสนามไฟฟ้าเป็นศูนย์ และเอฟเฟกต์ CME ขนาดยักษ์" Kohei Hamaya ผู้เขียนอาวุโสกล่าว


การวิจัยในอุปกรณ์ spintronic นี้สามารถนําไปใช้กับอุปกรณ์ MRAM ที่ใช้งานได้จริงในที่สุด ทําให้ผู้ผลิตสามารถพัฒนา ME-MRAM ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการเขียนที่ใช้พลังงานต่ําสําหรับการใช้งานที่หลากหลายที่ต้องการหน่วยความจําแบบถาวรและปลอดภัย

ที่มา Artificial Control of Giant Converse Magnetoelectric Effect in Spintronic Multiferroic Heterostructure, Advanced Science (2024). DOI: 10.1002/advs.202413566

ความคิดเห็น

แสดงความคิดเห็น

โพสต์ยอดนิยมจากบล็อกนี้

ทำไมมุมภายในวงกลมเป็น 360 องศา

รูปภาพ
  จุดเริ่มของการที่มนุษย์ให้วงกลมมีมุมเป็น 360 องศา เริ่มจากการที่ชาวบาบิโลนใช้ระบบการนับตัวเลขฐาน 60 ซึ่งทำให้ชาวบาบิโลนสามารถคำนวณตัวเลขขนาดใหญ่ๆได้สะดวกโดยติดเศษไม่กี่จำนวน ต่อมาเมื่อชาวบาบิโลนรู้จักเรขาคณิต ชาวบาบิโลนพบว่าสามเหลี่ยมด้านเท่าจะมีมุมเท่ากันทุกด้าน พวกเขาจึงกำหนดให้มุมแต่ละมุมมีขนาดเป็นเลขที่ใหญ่ที่สุดที่พวกเขาใช้คือ 60 และเมื่อชาวบาบิโลนรู้จักรูปเรขาคณิตอื่นอีก จนมาถึงวงกลมชาวบาบิโลนได้ใช้สมบัติของวงกลมสร้างคอร์ดที่มีขนาดเท่ากับรัศมิของวงกลมขึ้นและลากเส้นจากจุดศูนย์กลางของวงกลมไปยังปลายทั้งสองของคอร์ดที่ขนาดเท่ากับรัศมีของวงกลม เกิดเป็นสามเหลี่ยมด้านเท่าขึ้นมา ต่อมาเมื่อเราสร้างสามเหลี่ยมด้านเท่าจนรอบจุดศูนย์กลางทำให้เกิดสามเหลี่ยมด้านเท่า 6 รูป และมุมที่จุดศูนย์กลางของวงกลมเท่ากับ 60 x 6 = 360 องศานั่นเอง วงกลมมีมุมรอบจุดศูนย์กลาง 360 องศา เราเชื่อว่าชาวบาบิโลนใช้วงกลมที่มีมุม 360 องศานี้มาตั้งแต่ 2400 ปีก่อนคริสตกาล หรือกว่า 4500 ปีมาแล้ว
อ่านเพิ่มเติม

ทำไมต้องตั้งสาย(tune)กีต้าร์ด้วยคู่ 4 กับคู่ 3

รูปภาพ
  เครื่องสายในดนตรีสากลอื่นๆ เช่น ไวโอลิน เซลโล นั้นถูกต้้งสายด้วยขั้นคู่ 5 เพื่อให้การเล่นโซโล่ทำได้ง่าย ในขณะที่กีต้าร์นั้นเป็นเครื่องดนตรีที่ใช้เล่นทั้งโซโล่ และคอร์ดไปพร้อมๆกัน หากเราจินตนาการว่าสานกีตาร์ตั้งด้วยคู่ 5 ทั้งหมด เราจะเล่นคอร์ดได้ยากมาก เพราะโน้ตแต่ละสายจะอยู่ห่างกันมากกว่า 2 เฟรท เช่นเดียวกับการที่กีต้าร์มีการตั้งสายด้วยคู่ 4 ก็จะทำให้เสียงห่างกันตั้งแต่ 1 เฟรทขึ้นไป หากเราตั้งสายให้เป็นคู่ 4 ทั้งหมด เราจะได้โน้ตแต่ละสายเป็น EADGCF ซึงเราจะพบว่า สาย 6 กับสาย 1 เป็นขั้นคู่ 2 ไมเนอร์ ซึ่งให้เสียงที่กัดกันมาก การเล่นคอร์ดที่มีสองสายนี้จึงให้เสียงที่ไม่ไพเราะ และเราจะกดคอร์ดทาบไม่ได้เลย การตั้งสายด้วยคู่ 4 และคู่ 3 ในสายที่ 2 ตามด้วยคู่ 4 ในสายที่ 1 การตั้งสายเช่นนี้ทำให้กีตาร์มีโน้ตจากสาย 6 ไปสาย 1 เป็น EADGBE ซึ่งเราจะพบว่าทำให้การกดคอร์ดทำได้ง่ายในเกือบทุกชนิดคอร์ด และการเล่นคอร์ดทาบสามารถเป็นไปได้ นอกจากนี้การตั้งสายกีต้าร์แบบปัจจุบันยังเป็นการสมดุลระหว่างการเล่นสเกลหรือโซโล่ และคอร์ด เพราะหากเราต้องการไล่สเกลเพื่อเล่นโซโล่ นักกีตาร์สามารถไล่สเกลทั้ง 12 ได้ไม่ยากม...
อ่านเพิ่มเติม

ประวัติคณิตศาสตร์อย่างย่อ 50000 ปี

รูปภาพ
  สมัยก่อนประวัติศาสตร์ มนุษย์รู้จักปริมาณมากน้อยและแยกปริมาณหนึ่งกับสองได้โดยสัญชาตญาณ แต่ต้องใช้เวลาอีกยาวนานกว่าจะมีการเข้าใจความคิดรวบยอดและใช้คำ สัญลักษณ์เรียกจำนวนสอง หลักฐานการรู้จักการนับจำนวนของมนุษย์มีดังนี้ ราว 44,200 – 43,000 ปีก่อนค.ศ. มนุษย์ได้เริ่มทำสัญลักษณ์การนับจำนวนลงบน  Lebomboo Bone ต่อมาราว 20,000 – 18,000 ปีก่อนค.ศ. มีการบันทึกการนับลงบน  Ishango bone คณิตศาสตร์ยุคสุเมเรียนและบาบิโลเนียน ในดินแดน Mesopotamia ที่ตั้งอยู่ระหว่างแม่น้ำ Tigris กับ Euphrates มีหลักฐานแสดงให้เห็นว่า ชาว Sumerian รู้จักนับเลขเป็นนานกว่า 4,000 ปีแล้ว มีการค้นพบแผ่นดินเหนียวบันทึกตารางผลคูณ อายุ 2,600 ปีก่อนค.ศ. ของชาว สุเมเรียน ตารางผลหาร ตารางรากที่สอง ตารางรากที่สาม ตารางผลยกกำลัง ในอายุไล่เรียงกัน ดังรูป หนึ่งในอารยธรรมคณิตศาสตร์ของชาวสุเมเรียนที่ยังหลงเหลือมายังปัจจุบันคือ การใช้เลขฐาน 60 ซึ่งเรายังใช้แบ่งเวลาหนึ่งชั่วโมงเป็น 60 นาที และ หนึ่งนาทีเป็น 60 วินาที และมุมในวงกลมมี 360 องศานั่นเอง คณิตศาสตร์ยุคบาบิโลน หลังความเสื่อมของชาวสุเมเรียน ผู้ที่เข้ายึดครองดินแดน Mes...
อ่านเพิ่มเติม