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Le ultime sperimentazioni della memoria a stato solido MeRAM

La memoria MeRAM ha le potenzialità per sostituire la NAND flash come miglior memoria non volatile a stato solido, avendo una velocità simile a quella della DRAM ed una resistenza ed una densità migliori rispetto alla NAND. Nella ricerca ora la MeRAM ha raggiunto un passo importante, grazie ad un progetto dell’UCLA (Università della California) che l’ha resa da dieci a mille volte più efficiente a livello energetico.

Gli studiosi dell’UCLA, guidati dal professore di ingegneria elettrica Kang L Wang, hanno scoperto che l’implementazione STT-RAM (Spin Transfer Torque RAM) della memoria a stato solido che utilizza lo spin dell’elettrone ha limitazioni in termini di densità ed energia che potrebbero essere  superate usando il voltaggio invece che la corrente diretta, secondo quanto riportato dall’UCLA.

La STT-RAM fa sì che lo spin di elettroni sia diretto o a sinistra o a destra e questo spin state possa essere letto. Lo spin state è poi usato per filtrare gli elettroni in quanto gli dà diversi livelli di resistenza. La tecnologia usa una corrente elettrica nella sua operazione di configurazione dello spin, e questo genera del calore. Gli scienziati dell’UCLA dicono che questo uso di corrente elettrica diminuisce la distanza alla quale possono essere posizionati tra loro i bit, e quindi la densità dell’STT-RAM.

Ciò che i ricercatori hanno fatto in questo caso è quindi usare un voltaggio elettrico – una differenza di potenziale elettrico – per scrivere dati. Il processo genera meno calore ma gli scienziati non possono misurare a quanto ammonti effettivamente questa diminuzione, fornendo un intervallo di possibili valori in cui il processo di voltaggio sarebbe energeticamente più efficiente tra le 10 e le 1.000 volte.

La nuova tecnologia MeRAM, descritta ancora come spintronics, può ora essere cinque volte più densa, consentendo un costo più basso per bit. Pedram Khalili, un associato in ingegneria elettrica e project manager per i programmi di ricerca dell’UCLA in materia di logiche non volatili, afferma:

“La possibilità di switchare magneti su scala nanometrica usando il voltaggio è un’area eccitante ed in rapida crescita della ricerca nel magnetismo. Questo lavoro presenta nuovi punti di vista riguardo a questioni quali come controllare la direzione di switching usando impulsi di voltaggio, come assicurare che i dispositivi lavoreranno senza aver bisogno di campi magnetici esterni, e come integrarli in array di memoria ad alta densità”. 

I ricercatori UCLA hanno presentato le loro scoperte al 2012 IEEE International Electron Devices Meeting di San Francisco, con un documento scientifico dal nome Voltage-Induced Switching of Nanoscale Magnetic Tunnel Junctions, all’interno del quale scrivono:

“La MeRAM usa strutture in scala nanometrica chiamate giunzioni controllate in voltaggio con magnete isolante (voltage-controlled magnet-insulator junctions), che hanno diversi strati affastellati uno sopra l’altro, ed includono due strati composti da materiale magnetico. Mentre una direzione magnetica è fissa, l’altra può essere modificata tramite un campo elettrico. I dispositivi sono progettati specialmente per essere sensibili ai campi elettrici. Quando il campo elettrico viene applicato, il risultato è un voltaggio, ovvero una differenza nel potenziale elettrico tra i due strati magnetici. Questo voltaggio accumula o esaurisce gli elettroni in superficie a questi strati, scrivendo bit di informazioni nella memoria”. 

Tra i benefici utilizzabili da queste sperimentazioni ci sarebbe la possibilità di avere nuovi sistemi elettronici ad accensione istantanea in cui la memoria è integrata con la logica ed il calcolo, eliminando quindi completamente l’energia in standby ed aumentando fortemente l’efficienza. Tra i sostenitori del progetto di ricerca dell’UCLA ci sono compagnie quali WD Hitachi GST, Singulus Technologies, il dipartimento di fisica di UC Irvine, e la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).

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