Учёные Токийского университета (The University of Tokyo) совместно с коллегами из Центра RIKEN CEMS представили принципиально новый тип энергоэффективного элемента памяти на основе квантово-механических явлений. Переключение состояний элемента опирается на перенос спин-орбитального момента электрона вместо обычного потока электронов (электрического тока), что позволяет памяти работать быстрее, с ничтожным потреблением и почти без износа.

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Источник изображения: The University of Tokyo

Нечто подобное происходит в случае магниторезистивной памяти MRAM. Более того, давно существуют прототипы памяти STT-MRAM (Spin-transfer Torque MRAM), основанные на том же эффекте переноса спин-орбитального момента электрона. Но японские учёные заявляют, что пошли ещё дальше и подобрали такие материалы, которые работают буквально от квантов энергии. Это почти исключает обычное течение тока и сопутствующие ему случайные столкновения электронов с атомами кристаллической решётки, ведущие к паразитному рассеиванию тепла — глобальной проблеме современной электроники.

Этим чудо-материалом оказался антиферромагнетик станнид тримарганца (Mn₃Sn, марганец плюс олово). Он является неколлинеарным антиферромагнетиком. Это значит, что атомы марганца в сплаве расположены в особой «кагоме»-решётке (Kagome lattice), а их магнитные моменты направлены под углом 120° друг к другу (как на рисунке). При этом, в отличие от обычных антиферромагнетиков, Mn₃Sn демонстрирует гигантский аномальный эффект Холла — то есть ведёт себя как ферромагнетик, создавая сильный направленный отклик на электрический ток, хотя его полная намагниченность почти равна нулю. По этим причинам материал быстро и сильно реагирует на привнесённый электроном спин-орбитальный момент — ему не нужны значительные токи для достижения эффекта переключения ячейки из одного магнитного состояния в другое.

Созданный учёными прототип магнитного переключателя способен менять своё логическое состояние всего за 40 пикосекунд, что примерно в 25 раз быстрее лучших современных коммерческих SRAM- и DRAM-элементов, работающих в диапазоне единиц наносекунд. Но главная особенность разработки — сочетание рекордной скорости с крайне низким энергопотреблением, что особенно важно для будущих дата-центров и специализированных ИИ-ускорителей, где проблема тепловыделения становится главным ограничителем роста производительности. Очень короткие управляющие импульсы длительностью 40 пс просто не позволяют элементу разогреться и направить мощность в бесполезное тепло.

Также исследователи продемонстрировали высокую стабильность циклов переключения элемента, что критически важно для энергонезависимой памяти следующего поколения. Заявленное число циклов переключения достигает 10¹², что недостижимо для современной энергонезависимой памяти.

Но и это ещё не все «чудеса». Отдельный прорыв в проекте связан с интеграцией фотонных технологий в элемент. Учёные показали, что переключение возможно не только электрическим сигналом, но и с помощью 60-пикосекундных фототоков, генерируемых лазером обычного телекоммуникационного диапазона (около 1550 нм) и фотоэлектрическим преобразователем. Это фактически демонстрация концепции прямого интерфейса между оптическими каналами передачи данных и магнитной памятью — без промежуточной громоздкой КМОП-логики. Для дата-центров это особенно важно: современные оптоволоконные магистрали уже работают именно в этом диапазоне длин волн, а значит, подобные элементы потенциально могут стать основой для сверхбыстрой опто-спинтронной памяти, напрямую связанной с межсерверными каналами связи.

Практическое значение работы выходит далеко за рамки лабораторного эксперимента. Если технология будет масштабирована до интегральных схем, она может лечь в основу нового класса вычислительных архитектур — энергонезависимых процессоров с почти мгновенным переключением состояний и минимальным энергопотреблением. Это особенно актуально для задач искусственного интеллекта, периферийных и экзафлопсных вычислений, где затраты на охлаждение уже сопоставимы с затратами на сами вычисления. По сути, японские исследователи приблизили создание памяти, которая сочетает преимущества DRAM по скорости и флеш-памяти по энергонезависимости, — комбинации, которую индустрия пытается реализовать уже более двух десятилетий.

Группа «Роснано» предъявила иск бывшим руководителям компании о взыскании 11,9 млрд рублей убытков по проекту Crocus. В рамках этой программы планировалось организовать на территории России производство магниторезистивной оперативной памяти (MRAM).

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Источник изображения: Tingey Injury / unsplash.com

«Иск о взыскании убытков, понесенных «Роснано» в связи с реализацией проекта Crocus, направлен на привлечение ответственных лиц, отвечающих за одобрение и реализацию проекта Crocus в период с 2011 по 2020 гг. Предъявленный иск — часть планомерной работы по восстановлению капитала, прав и репутации компании, которая ведётся в тесном взаимодействии с правоохранительными и надзорными органами. Мы продолжим отстаивать и защищать интересы и права «Роснано» как в досудебном порядке, так и в рамках уголовных дел или в гражданском и арбитражном судопроизводстве», — приводит источник заявление директора по особым поручениям АО «Роснано» Евгения Фролова.

Он также отметил, что «уже на старте проекта в 2011 году члены правления «Роснано» и кураторы проекта Crocus проигнорировали его технологические риски вопреки своим обязанностям не предусмотрели механизмы защиты прав госкомпании и государства от их наступления».

В сообщении сказано, что за девять лет реализации проекта принимавшие решения о его финансировании ответственные лица нарушали нормативные акты АО «Роснано», которые регламентируют инвестиционную деятельность. Финансирование проекта увеличивалось бесконтрольно, несмотря на его убыточность и инвестиционную непривлекательность, а также нарушение контрольных точек реализации.

Стартовавший в 2011 году проект по созданию уникального для страны производства памяти MRAM не достиг первоначальных целей, тогда как возможность возврата значительной части вложений была утрачена. Фролов отметил, что с «первого дня антикризисной программы ведётся системная аналитическая работа по выявлению обстоятельств и объёмов очевидно недобросовестных инвестиционных решений и финансовых операций по целому ряду проектов, которые были реализованы с явными нарушениями».

Компания TSMC вместе с учёными Тайваньского НИИ промышленных технологий (ITRI) представила совместно разработанную память SOT-MRAM. Новое запоминающее устройство предназначено для вычислений в памяти и для применения в качестве кеша верхних уровней. Новая память быстрее DRAM и сохраняет данные даже после отключения питания, и она призвана заменить память STT-MRAM, потребляя при работе в 100 раз меньше энергии.

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Экспериментальная пластина с чипами SOT-MRAM. Источник изображения: TSMC / ITRI

На роль кеш-памяти верхних уровней (от L3 и выше) и для вычислений в памяти, среди прочих перспективных вариантов энергонезависимой памяти, долгое время претендовала магниторезистивная память с записью с помощью переноса спинового момента (STT-MRAM). Этот вариант памяти передавал намагниченность запоминающей ячейке через туннельный переход с помощью спин-поляризованного тока. За счёт этого потребление энергии STT-MRAM оказалось кратно меньше потребления обычной памяти MRAM, в которой запись осуществлялась наведённым электромагнитным полем.

Память SOT-MRAM идёт ещё дальше. Запись (намагниченность) ячейки — слоя ферромагнетика — происходит с помощью спин-орбитального вращательного момента. Эффект проявляется в проводнике в основании ячейки в процессе комбинации двух явлений: спинового эффекта Холла и эффекта Рашбы—Эдельштейна. В результате на соседний с проводником ферромагнетик воздействует индуцированное магнитное поле со стороны спинового тока в проводнике. Это приводит к тому, что для работы SOT-MRAM требуется меньше энергии, хотя настоящие прорывы ещё впереди.

Маршруты токов записи и чтения для двух типов ячеек MRAM. Источник изображения: National University of Singapore

Другие преимущества памяти SOT-MRAM заключаются в раздельных схемах записи и чтения, что положительно сказывается на производительности, а также увеличенная устойчивость к износу.

«Эта элементарная ячейка обеспечивает одновременное низкое энергопотребление и высокоскоростную работу, достигая скорости до 10 нс, — сказал доктор Ши-Чи Чанг, генеральный директор исследовательских лабораторий электронных и оптоэлектронных систем ITRI. — Её общая вычислительная производительность может быть дополнительно повышена при реализации схемотехники вычислений в памяти. Заглядывая в будущее, можно сказать, что эта технология обладает потенциалом для применения в высокопроизводительных вычислениях (HPC), искусственном интеллекте (AI), автомобильных чипах и многом другом».

Память SOT-MRAM с задержками на уровне 10 нс оказывается ближе к SRAM (задержки до 2 нс), чем обычная память DRAM с задержками до 100 нс и выше. И конечно, она существенно быстрее популярной сегодня 3D NAND TLC с задержками от 50 до 100 мкс. Но в процессорах и контроллерах память SOT-MRAM появится не завтра и не послезавтра, как не стала востребованной та же память STT-MRAM, которая разрабатывается свыше 20 лет. Всё это будущее и не очень близкое, хотя, в целом, необходимое для эффективных вычислений в памяти и устройств с автономным питанием.