Χρήστης:DimitriosKarsinos/πρόχειρο/Μαγνητικές μη-πτητικές μνήμες STT

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Αυτή η σελίδα είναι ένα πρόχειρο του χρήστη DimitriosKarsinos. Εξυπηρετεί ως χώρος δοκιμών και ανάπτυξης σελίδων της Βικιπαίδειας και δεν είναι εγκυκλοπαιδικό λήμμα.


 Διαγραφή αυτού του προχείρου 

1. Αντιγράψτε αυτό: #ΑΝΑΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ [[Χρήστης:DimitriosKarsinos/πρόχειρο]]
2. Κάντε κλικ εδώ
3. Κάντε το επικόλληση στην αρχή της σελίδας
4. Πατήστε «Δημοσίευση»

Η μνήμη τυχαίας προσπέλασης μεταφοράς ροπής σπιν (Spin-Transfer Torque Random Access Memory, STT-RAM ή STT-MRAM) είναι μια κατηγορία μη-πτητικών μνημών τυχαίας προσπέλασης η οποία βρίσκεται σε πειραματικό στάδιο και περιορισμένη παραγωγή. Θεωρείται ως μια από τις υποψήφιες νέες τεχνολογίες μνημών (MRAM, RRAM, FeRAM) οι οποίες εν δυνάμει μπορούν να αντικαταστήσουν την πλειάδα των ειδικευμένων μνήμων (SRAM, DRAM, Flash) που είναι ήδη σε χρήση με μια μόνο τεχνολογία.

Αναλυτική περιγραφή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η πιο βασική μορφή μιας μνήμης μεταφοράς ροπής σπιν αποτελείται από ένα στοιχείο φερομαγνητικού συνδέσμου (Magnetic Tunnel Junction / MTJ) και από ένα τρανζίστορ πρόσβασης.

Απλό κύκλωμα σπιντρονικής μνήμης με ένα τρανζίστορ πρόσβασης και ένα φερομαγνητικό στοιχείο MTJ

Το MTJ είναι ένας νανομαγνήτης, ο οποίος και αποθηκεύει το μπιτ με την αλλαγή της πολικότητας του από το πολικά φορτισμένο ρεύμα που περνάει από το τρανζίστορ πρόσβασης. Το MTJ αποτελείται από δύο φερομαγνητικά επίπεδα που χωρίζονται από ένα στρώμα οξειδίου(συνήθως MgO). Τα δύο φερομαγνητικά στρώματα αποθηκεύουν το μπιτ όταν αλλάζουν πολικότητα μεταξύ των και έτσι αλλάζουν την αντίσταση.Το ένα στρώμα έχει την δυνατότητα να αλλάξει πολικότητα και ονομάζεται ελεύθερο επίπεδο (free layer) , το δεύτερο δεν αλλάζει πολικότητα και ονομάζεται "σκληρό" ή επίπεδο αναφοράς (hard/reference layer). H πρώτη περίπτωση που τα δύο επίπεδα είναι παράλληλα, η αντίσταση είναι χαμηλή Rp, και την περίπτωση που τα δύο επίπεδα να είναι αντι-παράλληλα η αντίσταση να είναι η μέγιστη Rap [βάλε την εικόνα με Rp Rap]. Η αλλαγή κατάστασης προκαλείται από το ρεύμα μεταφοράς σπιν (Jo) το οποίο μεταφέρει το σπιν του επιπέδου αναφοράς στο ελεύθερο επίπεδο.

Σύγκριση με άλλες τεχνολογίες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η μνήμη ροπής μεταφοράς σπιν έχει ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα εν συγκρίσει με τις υπάρχουσες τεχνολογίες μνημών.[βάλε λινκ] Το κύρια πλεονεκτήματα που παρουσιάζει η εν λόγω τεχνολογία μνημών είναι η μη-πτητικότητα της, η συμβατότητα με την υπάρχουσα τεχνολογία παρασκευής κρυσταλλικών δισκίων (CMOS wafer) και η ικανότητα της στην επιτυχημένη κλιμάκωση στην περιοχή των λίγων νανομέτρων.[βάλε επεξήγηση]

Η ικανότητα των STT-RAM να κρατούν το αποθηκευμένο bit για μεγάλα χρονικά διαστήματα, έως είκοσι έτη σε ορισμένες περιπτώσεις, βοηθά στην εξοικονόμηση ενέργειας και στην απλοποίηση των κυκλωμάτων υποστήριξης.[επεξήγηση λινκ] Το δεύτερο πλεονέκτημα έγκειται στην ικανότητα των φερομαγνητικών στοιχείων αποθήκευσης να κλιμακώνονται στα λίγα νανομέτρα πολύ περισσότερο επιτυχημένα από τις κλασσικές μνήμες.[λινκ] Με αυτόν τον τρόπο έχουν την δυνατότητα να μειώσουν τις απώλειες λόγω των παρασιτικών ρευμάτων που παρατηρούνται στα κυκλώματα που σχεδιάζονται σε επίπεδο λίγων δεκάδων νανομέτρων.[λινκ]

Τα κύρια μειονεκτήματα των STT-RAM είναι ο σχετικά μεγάλος χρόνος καθυστέρησης εγγραφής του bit σε σχέση με τις συμβατικές τεχνολογίες, το μεγάλο ρεύμα εγγραφής και η ιδιότητα των φερομαγνητικών στοιχείων που καθιστά την αλλαγή πολικότητας καθαρά στοχαστική διαδικασία με πάντα παρούσα την εγγενή πιθανότητα λάθους, ανεξαρτήτως του μεγέθους του ρεύματος [λινκ] Στατιστικά ο ρυθμός αποτυχημένης εγγραφής ενός βασικού στοιχείου SST-RAM ορίζεται ως PWF = P( τth > [λινκ] Όπου

Αναλυτικότερα σε σχέση με τις κύριες τεχνολογίες μνημών που είναι ήδη σε χρήση:

Πτητικότητα Χρόνος γραφής/διαγραφής (ns) Χρόνος ανάγνωσης (ns) Λοιπές ενεργειακές απαιτήσεις
STT-RAM Όχι 2-20 2-20 Όχι
MRAM Όχι 3-20 3-20 Όχι
DRAM Ναι 10 30 Ρεύμα ανανέωσης δεδομένων
SRAM Ναι 1-100 1-100 Απώλειες διαρροών


Ιστορικό Ανάπτυξης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παρακάτω παρατίθεται μια ενδεικτική λίστα της ιστορίας των μνημών STT.

Θεωρητική πρόβλεψη:

  • 1996 (Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current,L. Berger)
  • 1996 ( Current-driven excitation of magnetic multilayers, J.C.Slonczewski)

Πρώτες πειραματικές διατάξεις:

  • 2000 (Current-Driven Magnetization Reversal and Spin-Wave Excitations in Co/Cu/Co Pillars, J. A. Katine)
  • 2001 (Spin-polarized current induced switching in Co/Cu/Co pillars, J. Grollier)

Πειραματικές υλοποιήσεις μεταφοράς σπιν σε MTJ:

  • 2004 (Spin-transfer effects in nanoscale magnetic tunnel junctions, G. D. Fuchs)
  • 2005 (Thermal activation effect on spin transfer switching in magnetic tunnel junction, Y. Higo)

Παραγωγή:

  • 2008 Οι εταιρίες Hynix Semiconductor και Grandis σε ανακοίνωσαν κοινή προσπάθεια ανάπτυξης μνημών STT.
  • 2012 H εταιρεία Everspin Technologies ανακοίνωσε ότι διαθέτει προς πώληση την μνήμη DDR3 ST-MRAM στα 64MB.

Μια σειρά εταιρειών, όπως η IBM και η Samsung, έχουν δείξει ενδιαφέρον στην ανάπτυξη και παραγωγή μνημών STT.


Εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πιθανές εφαρμογές για τις STT-RAM:


Σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]


Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]


Βιβλιογραφικές πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Weisheng Zhao, Guillaume Prenat, Spintronics-baced Computing, εκδόσεις Springer, Έκδοση 2015, σελ.114-117,159-160, 162-167, 203,

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]