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IBM tenta di reinventare la memoria
Un nuovo dispositivo di memoria basato su nanofili in fase di sviluppo dai ricercatori di IBM potrebbe combinare le migliori qualità dei vari tipi di memoria utilizzati oggi, riducendo i costi e migliorando le prestazioni. Se la memoria sperimentale funzionasse - e il lavoro è ancora nelle primissime fasi di sviluppo - potrebbe fungere da memoria universale, sostituendo i diversi tipi ora utilizzati.
Memoria nanowire: Un nanofilo magnetico (linea sottile in alto) fatto di ferro e nichel viene teso tra i contatti elettrici per testare le proprietà che potrebbero portare a dispositivi di memoria migliori. Il dispositivo memorizza bit sotto forma di pareti di dominio (mostrate in basso), che sono aree in cui si incontrano due regioni magnetiche nel nanofilo.
Stuart Parkin , un fisico sperimentale presso IBM Centro di ricerca Almaden , a San Jose, in California, afferma che la memoria, che impacchetta un centinaio di bit di dati su un singolo nanofilo, potrebbe potenzialmente memorizzare da 10 a 100 volte più dati rispetto al flash, il tipo di memoria utilizzato nelle fotocamere digitali e in altri piccoli dispositivi portatili –durante il funzionamento a velocità molto più elevate. E poiché è una memoria a stato solido, sarebbe molto più robusto dei dischi rigidi magnetici, che richiedono dispositivi meccanici per leggere e scrivere dati. In linea di principio, potremmo essere più economici del flash, più denso del flash e ordini di grandezza più veloci, afferma Parkin. E non c'è un meccanismo di usura, quindi è totalmente affidabile.
Tutto questo dovrebbe essere possibile, dice Parkin, come risultato dell'applicazione di nuove conoscenze sul comportamento su scala nanometrica dei materiali magnetici e delle correnti elettroniche in questi materiali che aprono la strada all'archiviazione di molti bit di dati su un singolo nanofilo. Parkin ha dimostrato gli elementi base del nuovo tipo di memoria, ma non ha ancora realizzato un prototipo completo.
Sebbene sia all'inizio dello sviluppo, la ricerca ha attirato l'attenzione a causa del track record di Parkin per aver compiuto importanti scoperte nella memoria magnetica. Le sue precedenti scoperte e invenzioni hanno portato a un aumento di mille volte della densità di archiviazione dei dischi rigidi magnetici, aprendo la strada a enormi centri di archiviazione dati cruciali per Internet di oggi, oltre a rendere possibile l'immensa capacità di archiviazione di dispositivi portatili come come iPod. I nuovi dispositivi di memoria unirebbero i vantaggi dei tre tipi di memoria ampiamente utilizzati oggi: dischi rigidi, unità flash e DRAM (Dynamic Random Access Memory), evitando molti dei loro svantaggi. Come i dischi rigidi, che sono la forma di memoria più economica, i dispositivi proposti da Parkin memorizzerebbero bit di dati in un supporto magnetico. Ma a differenza dei dischi rigidi, non richiederebbero una testina mobile e dischi rotanti per leggere e scrivere questi bit. Infatti, non ci sarebbero parti meccaniche, il che renderebbe la memoria di Parkin molto più robusta di un hard disk: non ci sarebbe il pericolo che la testina di lettura-scrittura vada a sbattere contro il supporto magnetico e distrugga i dati.
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Vedi due possibili configurazioni di un nuovo tipo di memoria.
La memoria di Parkin avrebbe anche vantaggi rispetto alla memoria a stato solido convenzionale come DRAM e flash. A differenza della DRAM, la nuova memoria non richiederebbe una fornitura continua di energia per memorizzare i dati. La memoria flash ha anche questo vantaggio rispetto alla DRAM: può memorizzare dati senza alimentazione. Ma è lento. La nuova memoria potrebbe essere ordini di grandezza più veloce del flash, rivaleggiando anche con la velocità della DRAM, afferma Parkin.
I dispositivi potrebbero anche essere più compatti ed economici delle tradizionali memorie a stato solido. Somiglierebbero a tale memoria in quanto utilizzerebbero milioni di dispositivi di lettura-scrittura fittissimi disposti in una griglia su un chip di memoria, piuttosto che le poche testine di lettura-scrittura utilizzate nei dischi rigidi. Ma a differenza della memoria a stato solido convenzionale, in cui ogni dispositivo di lettura-scrittura può memorizzare da uno a quattro bit, ciascuno sarebbe accoppiato con un nanofilo in grado di memorizzare da 10 a 100 bit. Questi bit verrebbero trasportati rapidamente lungo la lunghezza del nanocavo, spinti da impulsi elettronici, quindi letti o scritti in un punto lungo il nanocavo.
L'utilizzo di un numero inferiore di testine di lettura-scrittura per bit è una soluzione più compatta rispetto alla memoria a stato solido convenzionale. Questo è particolarmente vero se i nanofili sono orientati perpendicolarmente alla superficie del chip, in modo tale che crescano verticalmente dalla superficie, o siano depositati in pozzetti scavati nel chip. In questo caso, 100 bit potrebbero essere memorizzati nella stessa area di un bit in un dispositivo convenzionale. Questa disposizione è fondamentale per rendere la memoria più densa e anche meno costosa.
Fondamentale per la tecnologia è trovare un modo per trasferire i bit lungo la lunghezza di un nanofilo. Nella memoria di Parkin, bit di informazione verrebbero archiviati creando o rimuovendo confini magnetici chiamati pareti di dominio all'interno di nanofili magnetici. Questi bit del muro del dominio creano campi magnetici distintivi che possono essere letti con dispositivi convenzionali. I ricercatori sanno da tempo che queste pareti possono essere spostate utilizzando campi magnetici, ma le pareti si muoverebbero nella stessa direzione, annichilandosi a vicenda. La chiave per far funzionare il dispositivo è stata la scoperta che le correnti elettroniche nei materiali magnetici possono spostare queste pareti lungo un nanofilo e spostarle tutte nella stessa direzione. Ciò rende possibile spostare i bit per essere letti da singoli dispositivi di lettura e scrittura.
Prima che tali dispositivi di memoria siano sugli scaffali dei negozi, ci sono un paio di problemi che devono essere risolti. Primo, la corrente richiesta per spostare le pareti del dominio è troppo alta per essere pratica. Parkin dice che sta facendo progressi su questo fronte, avendo scoperto che la corrente può essere ridotta regolando la frequenza delle brevi raffiche. Sta anche lavorando con nuovi materiali che potrebbero richiedere meno corrente.
Una seconda sfida è ottenere una migliore comprensione del comportamento dei muri di dominio. Ad esempio, non è chiaro come i difetti in un nanofilo possano influenzare il loro comportamento, o quanto vicino possano essere distanziate le pareti del dominio. Le risposte a queste domande possono determinare quanto più denso sarà il ricordo, dice Stuart Lupo , professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università della Virginia. Wolf osserva inoltre che sarà difficile raggiungere le velocità della DRAM, poiché ci sarà un certo ritardo nello spostamento delle pareti del dominio lungo un nanofilo.
I ricercatori probabilmente inizieranno con una versione semplice della tecnologia, in cui i nanofili sono disposti orizzontalmente su un chip, anziché verticalmente. Ciò consentirà comunque ai chip di memoria di essere densi quanto la memoria flash, ma con prestazioni molto più veloci e una maggiore affidabilità rispetto alla memoria flash. Se ciò ha successo, giustificherebbe la spesa di più denaro per dispositivi ancora più compatti che utilizzano nanofili verticali, afferma Parkin.