טכנולוגיית זיכרון חדשה המאפשרת אחסון חצי מיליון שירים על נגן MP3

בשני מאמרים בסיינס מציגים חוקרים של יבמ את עקרונות הבסיס של טכנולוגיה שזכתה לכינוי "זיכרון מסלול המירוצים"

חצי מיליון שירים או 3,500 סרטים שלמים על גבי נגן MP3 – פי מאה מנפח האחסון הזמין כיום במכשירים המתקדמים ביותר, והכל במחיר נמוך יותר ובצריכת זאם קטנה משמעותית? מדענים ביבמ מתקרבים לייצור זיכרון למחשבים המשלב בין הביצועים הגבוהים והאמינות האופיינית לזכרונות בנגני MP3, מצלמות דיגיטאליות, טלפונים סלולאריים ומכשירי iPod – ובין המחיר הנמוך והקיבולת הגבוהה של כונני דיסקים מגנטיים.

בשני מאמרים המתפרסמים בגיליון החדש (11 באפריל) של העתון המדעי Science, מציגים חוקרים של יבמ במעבדות אלמדן בסאן חוזה את עקרונות הבסיס של טכנולוגיה שזכתה לכינוי "זיכרון מסלול המירוצים" – racetrack memory – ומציינים אבן דרך משמעותית בפיתוח הטכנולוגיה הזאת. הפיתוח של יבמ עשוי לסלול את הדרך לאחסון כמויות גדולות יותר של נתונים בנפח נתון, ליהנות מזמני איתחול מהירים במיוחד, להוזיל את עלויות הייצור ולהבטיח אמינות ויציבות חסרות תקדים.

במהלך העשור הקרוב, עשויה טכנולוגיית הזיכרון המפותחת ביבמ לאפשר לבנות דור חדש של מכשירים אלקטרוניים ללא חלקים נעים, המצטיינים בעמידות גבוהה, בצריכת זרם נמוכה במיוחד שתאפשר עבודה של שבועות רצופים בין טעינה לטעינה, ובפליטת חום נמוכה המבטיחה חיים ארוכים יותר לרכיבים השונים.

אחסון נתונים מתבצע כיום באחת משתי דרכים: זיכרון נדיף (flash), על גבי שבבים או כרטיסים, המשולבים בטלפונים סלולאריים, נגני מוסיקה ומצלמות דיגיטאליות – או דיסק מגנטי המשולב במחשבים מסוגים שונים. קצב ההתפתחות המהיר בשני הענפים הטכנולוגיים האלה אינו משנה את יחס המחיר: מחיר אחסון כל סיבית (bit) בדיסק מגנטי עומד על כמאית מחיר האחסון של אותה סיבית בזיכרון נדיף. אל מול יתרונות המחיר של הדיסק הקשיח עומדים חסרונותיו: קצב איטי יותר, וריבוי חלקים נעים היוצר בעיות ברמת האמינות המכנית שאינן קיימות בטכנולוגיית זיכרון נדיף. זיכרון נדיף, מצידו, איטי משמעותית בתהליך הכתיבה של נתונים לעומת מהירות הקריאה הגבוהה יותר, ומתאפיין באורך חיים מוגבל: מספר מחזורי הכתיבה-קריאה האפשריים על גבי שבב זיכרון כזה סופי ומוגבל, ועומד כיום על כמה אלפים בלבד: כל כתיבה אל הזיכרון הזה מחוללת שינוי זעיר של האופי החשמלי של הרכיב – ההולך ומצטבר עד לשחיקתו.

"זיכרון מסלול המירוצים" המפותח ביבמ אינו מאחסן נתונים כאוסף של מטענים חשמליים – אלא עושה שימוש בתופעת הסחרור (spin) של אלקטרונים. מזה כחמישים שנה, בוחנים מדענים את האפשרות לאחסן נתונים בתחומים של "גדרות מגנטיות", החוצצות בין אזורים זעירים המרכיבים כל חומר מגנטי. עד היום, היו התפעול והמניפולציה של גדרות כאלה – שינוי האופי המגנטי של אזור מוגדר – עניין יקר להפליא, מסובך לביצוע – ובזבזני בחשמל. במאמר מדעי חדש שכותרתו "שינוי ברישום בגדר מגנטית חוצצת תחת שליטת זרם חשמלי" מתארים החוקרים של יבמ דרך חדשה להתמודדות עם הבעייה הזאת: שימוש בזרם שסחרור האלקטרונים (spin) שלו מקוטב (polarized) וממוגנט. ניצול הסחרור מפשט את רכיב הזיכרון, משום שהזרם מועבר ישירות לרוחב האיזור המגנטי, ללא צורך בהגברה נוספת.

המדענים מתארים את רכיבי האחסון העתידיים כטורי רוחב או אורך של חומר מגנטי ("מסלולי מרוצים") המאורגנים על גבי פרוסת סיליקון. מחיצות מגנטיות יוטבעו על גבי אותו משטח כשהם חוצצים בין אזורים מגנטיים מוגדרים על מנת ליצור טורים בכיוונים שונים. לכל איזור מגנטי יהיו קוטב חיובי "ראש צפוני") וקוטב שלילי ("זנב דרומי"). רישום המידע מתבצע על ידי קיטוב זוגות של מחיצות מגנטיות (ראש אל ראש – זנב אל זנב), בעזרת רצף מתוזמן וקצוב של אותות חשמליים מקוטבים, הנשלחים אל נקודות מוגדרות על גבי השבב.

המדענים ביבמ הצליחו להדגים מערכת המבצעת בהצלחה יצירת מחיצות, הזזתן וקריאה של מצב המחיצות, בזמן מחזור העומד על כמה עשיריות של אלפית שניה.

המדענים צופים כי בעתיד אפשר יהיה לעבור למבנה מגנטי תלת-מימדי, המהווה שינוי מהפכני בתפיסת תכנות השבבים המוכרת כיום, ומספתקת למעשה בשני מימדים בלבד. מעבר לעבודה בשלושה מימדים סולל את הדרך לפיתוח רכיבים מהירים יותר וזולים יותר – ואינו תלוי במזעור נוסף הנתון למגבלות חוק מור.