Công nghệ MRAM mới hứa hẹn sẽ thay thế các loại bộ nhớ phổ biến trên
thiết bị điện tử hiện tại
Một loại Spin-Torque MRAM do EverSpin phát triển. Ảnh: DailyTech
Trong một nguyên cứu vào năm 2005, giáo sư vật lý Johan Akerman đã dự đoán rằng loại bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên từ trở (MRAM) sẽ là một ứng cử viên rất hứa hẹn để thay thế cho nhiều loại bộ nhớ phổ biến trên các thiết bị điện tử hiện đại. Và mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ đại học quốc gia Singapore (NUS) và đại học khoa học và công nghệ King Abdullah Saudi Arabia (KAUST) đã bắt đầu phát triển một thế hệ MRAM mới qua đó đưa tầm nhìn của Akerman đến gần với thực tế.
Hiện tại, phần lớn các thiết bị điện tử vẫn đang sử dụng loại bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên tĩnh (SRAM) hay động (DRAM) và bộ nhớ Flash. Mỗi loại bộ nhớ này có những ưu nhược điểm riêng. SRAM có tốc độ nhanh nhưng dễ "khả biến", điều này có nghĩa dữ liệu lưu trữ sẽ mất đi khi nguồn điện được ngắt. DRAM trong khi đó mang lại mật độ nhớ lớn hơn so với SRAM và rẻ hơn. Tuy nhiên, nó cũng dễ khả biến và cần được làm tươi (refresh) định kỳ để duy trì thông tin lưu trữ. Do đó, DRAM thường dùng nhiều năng lượng hơn. Cuối cùng là bộ nhớ Flash bất biến, duy trì dữ liệu ngay cả khi không có điện nhưng lại đắt đỏ.
Công nghệ MRAM tiềm năng sở hữu tất cả những ưu điểm của 3 loại bộ nhớ trên và hầu như không có nhược điểm. MRAM hứa hẹn sẽ mang lại mật độ lưu trữ lớn hơn, giảm mức tiêu thụ năng lượng và duy trì dữ liệu ngay cả khi không có điện. Mặc dù vẫn đang được phát triển kể từ những năm 1990 nhưng những cải tiến trên bộ nhớ Flash và DRAM đã khiến MRAM chưa có cơ hội được khai thác rộng rãi.
MRAM lưu trữ dữ liệu băng các yếu tố từ tính hình thành bằng 2 đĩa sắt từ được phân tách bởi một lớp cách ly mỏng. Tuy nhiên, độ bền của MRAM bị ảnh hưởng bởi 2 chiếc đĩa này. Độ mỏng của chúng chưa đến 1 nm và rất khó để chế tạo và đảm bảo độ bền cao nhất. Kết quả là MRAM chỉ có thể duy trì dữ liệu trong chưa đầy 1 năm.
Nhận ra hạn chế của sắt từ, nhóm nghiên cứu đã thay thế bằng một tấm phim mỏng tích hợp các cấu trúc đa lớp từ tính dày khoảng 20 nm. Các nhà nghiên cứu cho biết kỹ thuật này cho phép dữ liệu được duy trì trong ít nhất là 20 năm, qua đó thế hệ MRAM tiếp theo sẽ rất hấp dẫn đối với một loạt các ứng dụng.
Tiến sĩ Yang Hyunsoo dẫn đầu nhóm nghiên cứu cho biết: “Dung lượng lưu trữ sẽ tăng lên, bộ nhớ sẽ được cải tiến rất nhiều để chúng ta không phải thường xuyên nhấn nút “save” bởi các dữ liệu mới sẽ được giữ nguyên trong trường hợp mất điện đột ngột. Các thiết bị giờ đây có thể sở hữu bộ nhớ lớn hơn và dữ liệu được đảm bảo trong ít nhất là 20 năm hoặc có thể hơn.” Ông nói thêm: “Với sự phụ thuộc quá nhiều vào điện thoại di động, chúng ta luôn phải sạc chúng mỗi ngày. Bằng công nghệ mới, chúng ta có thể chỉ cần sạc điện thoại mỗi tuần 1 lần.”
Các nhà nghiên cứu tin rằng phát hiện của họ có thể thay đổi cấu trúc của các máy tính, khiến chúng rẻ hơn để sản xuất. Nhóm cho biết kỹ thuật của họ đã nhận được sự quan tâm lớn từ ngành công nghiệp bán dẫn và họ cũng đã đăng ký cho sáng chế này. Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tìm cách áp dụng cấu trúc mới trong các chip nhớ và tìm kiếm đối tác công nghiệp để phát triển MRAM Spin-Torque.
Chi tiết về cấu trúc mới của MRAM do nhóm nghiên cứu hợp tác giữa NUS và KAUST phát triển đã được đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters.
