Durchbruch bei Ni₄W-Speichern ermöglicht magnetfreies Schalten

Die neuesten technologischen Fortschritte, von Big Data über künstliche Intelligenz (KI) bis hin zum Internet der Dinge (IoT), sammeln und verarbeiten Unmengen an Daten. Dafür sind hohe Energieeffizienz, latenzarme Datenübertragung und schnelle Verarbeitung erforderlich. 

Hier sind Fortschritte im Hochleistungsrechnen (HPC) von entscheidender Bedeutung, da sie die Datenverarbeitungskapazitäten verbessern und dabei die Vorteile paralleler Verarbeitung, leistungsstarker Hardware und hochentwickelter Software nutzen.

Der Engpass stellt jedoch häufig der Speicherzugriff dar, sodass ein starker Bedarf an Speichertechnologie besteht, die mit diesen Anforderungen kompatibel ist.

Speichertechnologie ermöglicht den Zugriff, die Speicherung und die Änderung von Daten. Die Informationen werden dabei durch Bit-Sammlungen dargestellt, wobei jedes Bit entweder Null oder Eins (alternativ wahr oder falsch) ist.

Im Idealfall dauert das Lesen und Schreiben im Speicher vernachlässigbar kurz, der Stromverbrauch ist gering, der Speicherplatz ist unbedeutend und der gespeicherte Wert bleibt unbegrenzt erhalten. Aber natürlichIn der Praxis erfüllt keine Speichertechnologie diese idealen Bedingungen. Verschiedene Technologien haben ihre besitzen Stärken und Schwächen, da es nicht die eine beste Speichertechnologie gibt.

Speichertechnologie ist in erster Linie geteilt in zwei Kategorien:

• Flüchtig
• Nicht flüchtig

Dieser basiert auf dem Zellendesign. Zellen sind die Grundeinheiten des Speichers, eigentlich ein „Array“ von Speicherzellen, wobei jede Zelle ein Datenbit enthält und die Eigenschaften einer einzelnen Zelle die des gesamten Arrays widerspiegeln.

Ein flüchtiger Speicher funktioniert, solange er mit Strom versorgt wird, und verliert die gespeicherten Informationen, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. ist ausgeschaltet. Daher, Dieser Speichertyp kann verwendet werden um Daten vorübergehend zu speichern.

Ein nichtflüchtiger Speicher hingegen behält seinen gespeicherten Wert auch bei Stromausfall. ist entferntFür diesen speziellen Speichertyp wird eine hochentwickelte Halbleitertechnologie benötigt. wird angewandt, da die Herstellung schwieriger ist und die elektronische Beschreibung schwieriger ist.

Mit der zunehmenden Verfügbarkeit von mehr Ausgefeilte Speichertechnologie Auf dem Markt verschwimmen die Grenzen zwischen diesen beiden Speicherkategorien zunehmend.

Durchbrüche in der Speichertechnologie

Angesichts der Bedeutung der Speichertechnologie für den Betrieb und die Leistung verschiedener elektronischer Geräte und Systeme, da sie es Computern und anderen Geräten ermöglicht, für den Gebrauch benötigte Informationen zu speichern und abzurufen, haben Forscher ständig nach neuen Wegen gesucht, um sie effizienter zu machen.

Im Laufe der Jahre haben mehrere Durchbrüche die Technologie revolutioniert. Mit dem Ziel, die Grenzen aktueller RAM- und Speicherlösungen zu überwinden, treibt die laufende Forschung schnelleres und energieeffizienteres Computing voran und ermöglicht neue Anwendungen in Bereichen wie KI und neuromorphem Computing.

PCM und Low-Power-Innovationen

Zu den wichtigsten Fortschritten in diesem Bereich zählen neue PCM-Materialien (Phase Change Memory) zur Erstellung eines einzigen Speichertyps, der die Geschwindigkeit von RAM mit der Nichtflüchtigkeit von Flash-Speicher kombiniert.

Im PCM-Bereich haben Wissenschaftler Ende letzten Jahres entdeckt¹ eine neue Technik, um den Energiebedarf von PCM um bis zu 1 Milliarde Mal zu senken.

„Einer der Gründe, warum Phasenwechselspeicher noch keine weite Verbreitung gefunden haben, ist der Energiebedarf“, sagt Autor Ritesh Agarwal, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Pennsylvania Engineering University. Damit sei das Potenzial der Erkenntnisse dieser neuen Technik für die Entwicklung stromsparender Speichergeräte „enorm“.

Diese besondere Entdeckung beruht auf den einzigartigen Eigenschaften von Indiumselenid (In2Se3), einem Halbleitermaterial, das sowohl piezoelektrische (Materialien, die sich bei Einwirkung elektrischer Ladung physikalisch verformen) als auch ferroelektrische (Materialien, die ein internes elektrisches Feld erzeugen können, ohne dass eine externe Ladung erforderlich ist) Eigenschaften aufweist. 

Wenn Indiumselenid ausgesetzt war Als das Material einem kontinuierlichen Strom ausgesetzt wurde, beobachteten die Forscher, dass Teile davon amorph wurden, wodurch die Kristallstruktur zerstört wurde und „ein neues Feld der strukturellen Transformationen eröffnet wurde, die in einem Material auftreten können, wenn alle diese Eigenschaften zusammenkommen.“

Multiferroika und effiziente Datenspeicherung

Multiferroische Materialien, die sowohl ferroelektrische als auch ferromagnetische Eigenschaften für die zerstörungsfreie Datenspeicherung aufweisen, sind ebenfalls erkundet werden von Forschern. 

Ein solches Material ist kobaltsubstituiertes BiFeO3 (BiFe0.9Co0.1O3, BFCO), das eine starke magnetoelektrische Kopplung aufweist und so eine energieeffiziente Datenspeicherung ermöglicht. Forscher des Tokyo Institute of Technology (TIT) haben im vergangenen Jahr entwickelt² BFCO-Nanopunkte mit einzelnen ferroelektrischen und ferromagnetischen Domänen.

In diesem Jahr haben die Forscher Fortschritte gemacht³, aufbauend auf der Forschung zur Demonstration der realen Schaltfunktionalität in orientierten Dünnschichten. Die dynamische Steuerung demonstriert die tatsächliche, durch ein elektrisches Feld gesteuerte Magnetisierungsumschaltung in einem gerätekompatibleren Format.

Ferroelektrische Lösungen und neue Speicherdesigns

Die Chiplet-Technologie ist ein weiterer Ansatz, bei dem mehrere kleinere Chips (Chiplets) auf einem Substrat montiert werden, das sie verbindet. Dies ermöglicht eine höhere Speicherbandbreite und -dichte. Gleichzeitig entwickeln sich NAND-Flash- und DRAM-Technologien hin zu kleineren Prozessknoten weiter, wobei der Schwerpunkt auf der Erhöhung der Bandbreite und Energieeffizienz liegt.

Während NAND-Flash-Speicher aufgrund seiner Fähigkeit, durch Stapeln von Zellen in einer 3D-Struktur mehr Daten auf derselben Fläche zu speichern, eine der am weitesten verbreiteten Technologien zur Massendatenspeicherung ist, ist er zur Datenspeicherung auf Ladungsfallen angewiesen, was höhere Betriebsspannungen und geringere Geschwindigkeiten bedeutet.

Eine vielversprechende Lösung hierfür sind ferroelektrische Speicher auf Hafniumoxid-Basis. Die Herausforderung dabei besteht jedoch in der begrenzten Speicherkapazität für die Datenspeicherung.

Ein Team von POSTECH hat dieses Problem behoben⁴ Durch die Dotierung der ferroelektrischen Materialien mit Aluminium entstanden hochleistungsfähige ferroelektrische Dünnschichten. Zusätzlich verwendeten sie anstelle der typischen MFS-Struktur eine innovative Metall-Ferroelektrikum-Metall-Ferroelektrikum-Halbleiter-Struktur (MFMFS).

Dieser Durch die Feinabstimmung von Faktoren wie Schichtdicke und Flächenverhältnis konnte die Spannung in jeder Schicht erfolgreich gesteuert werden. Dadurch erreichte das Team ein Speicherfenster von über 10 Volt (V), im Gegensatz zu lediglich 2 V bei herkömmlichen Bauelementen.

Spin-Bahn-Drehmoment und Entwicklung magnetischer Speicher

Sogar Quantencomputing erfreut sich als aufstrebende Technologie großer Beliebtheit und ebnet den Weg für leistungsfähigere, effizientere und vielseitigere Computergeräte der Zukunft.

Dann gibt es energieeffiziente Spin-Orbit Torque Magnetic Random Access Memory (SOT-MRAM), bei denen elektrische Ströme werden verwendet magnetische Zustände umzuschalten und erreichen hohe Geschwindigkeit und geringer Stromverbrauch.

Anfang des Jahres hat ein Forscherteam des Instituts für Physik der JGU teilten ihre Innovation⁵ Basierend auf SOT-MRAM, das den Energieverbrauch um über 50 % senken und die Effizienz um 30 % steigern kann. Es reduziert außerdem den für die magnetische Schaltung zur Datenspeicherung benötigten Eingangsstrom um 20 % und erreicht eine thermische Stabilität, die eine lange Lebensdauer der Datenspeicherung gewährleistet.

Photonischer und magnetooptischer Speicher

Die Steuerung optischer Speicherchips durch Licht und Magnete ist eine weitere Möglichkeit, die Verarbeitungsgeschwindigkeit und -effizienz zu verbessern.

In einer Entwicklung haben Wissenschaftler entwickelte einen programmierbaren photonischen Latch⁶ Basierend auf einer Silizium-Photonik-Plattform. Jede Speichereinheit im System wird von einer eigenen Lichtquelle angetrieben, sodass mehrere Einheiten unabhängig voneinander arbeiten können. Dies verhindert eine Signalverschlechterung, die durch optischen Leistungsverlust verursacht werden kann, und macht die Architektur für größere Systeme skalierbarer.

Farshid Ashtiani von Nokia Bell Labs erläuterte das Potenzial:

„Große Sprachmodelle wie ChatGPT basieren auf einer riesigen Menge einfacher mathematischer Operationen wie Multiplikation und Addition, die iterativ ausgeführt werden, um zu lernen und Antworten zu generieren.“

Und obwohl optische Computer in voller Größe noch Jahre entfernt sind, stellt dieser optische Speicher einen bedeutenden Schritt in diese Richtung dar.

Inzwischen hat ein anderes Team zeigte eine neue magnetooptische Speichertechnologie⁷ unter Verwendung von Cer-substituiertem Yttrium-Eisen-Granat (Ce:YIG). Dieses Material zeigt ein einstellbares optisches Verhalten unter Einwirkung von Magnetfeldern. Durch die Einbettung mikroskopischer Magnete konnten die Forscher Daten durch Änderungen der Lichtausbreitung speichern und manipulieren.

Auf diese Weise führten sie eine neue Klasse magnetooptischer Speicher ein, deren Schaltgeschwindigkeiten hundertmal schneller sind als bei moderner photonischer integrierter Technologie und deren Stromverbrauch nur etwa ein Zehntel beträgt. Magnetooptische Speicher können zudem über 100 Milliarden Mal neu beschrieben werden.

Ni₄W: Feldfreie Magnetisierung erreicht

Forscher der University of Minnesota Twin Cities haben jetzt von einer neuen Errungenschaft in der Speichertechnologie berichtet. 

Veröffentlicht in der peer-reviewten wissenschaftlichen Zeitschrift Advanced Materials, Studie detailliert die Entwicklungt⁸, bei dem Ni₄W verwendet wurde, eine Legierung aus Nickel und Wolfram. Dieses Metall dreht den Magnetismus um, ohne dass Magnete erforderlich sind, und zeigt daher das Potenzial, Elektronik der nächsten Generation.

Mit dem Team präsentiert a Weg, zur Erzeugung von Spinströmen kontrollieren Durch die Magnetisierung in Geräten öffnet die Studie die Tür zu günstigeren, schnelleren und effizienteren Computerspeicher- und Logikgeräten.

Den Magnetismus von Metall ohne Magnete umschalten

Angesichts der wachsenden Nachfrage nach neuen Speichertechnologien erforschen Forscher aktiv anders Alternativen zu bestehenden Speicherlösungen, die Energie die Funktionalität des Alltags Tech und verbraucht dabei weniger Energie.

Daher wandten sich Forscher der University of Minnesota einem neuen Material zu, um den Computerspeicher schneller und energieeffizienter zu machen.

Das Material ist eine Nickel-Wolfram-Legierung, eine Materialklasse, die für ihre hohe Dichte, Festigkeit sowie Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Bei diesen Legierungen beeinflusst die spezifische Zusammensetzung der Metalle deren Eigenschaften. 

In dieser Studie haben die Forscher benutzt Ni₄W, ein Werkstoff dass Shows leistungsstarke magnetische Kontrolleigenschaften.

Um sich für Ni₄W zu entscheiden, durchsuchte das Team zunächst die Materialdatenbank nach potenziellen Kandidaten mit stabilen Phasen innerhalb der Raumgruppe I4/m und verwendete dann Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen (DFT). Dabei wurde Ni4W als vielversprechendster Kandidat identifiziert, da es eine große theoretische SOT-Effizienz aufweist und den Grundzustand für das binäre intermetallische Ni-W-System darstellt.

Das Team verifizierte die Existenz einer unkonventionellen Spin-Hall-Leitfähigkeit (USHC) sowohl für Ni4W (100) als auch für Ni4W (211), konzentrierte seine experimentellen Bemühungen jedoch auf das letztere, da es eine bessere SOT-Effizienz aufwies, die die des ersteren übertraf. 

„Theoretische Berechnungen bestätigen, dass Ni4W (211) die optimale Kristallorientierung für USHC darstellt“, heißt es in der Studie. Zudem wird hinzugefügt, dass die hexagonale Gitterstruktur das experimentelle Wachstum erleichtert.

Das Material kann um Computerspeicher schneller als auch bedeutend Veteran Energie - in elektronischen Geräten. Die Forscher haben sich ein Patent auf die Technologie gesichert.

„Ni₄W reduziert den Stromverbrauch beim Schreiben von Daten und kann so den Energieverbrauch in der Elektronik erheblich senken“, sagte der leitende Autor des Artikels, Jian-Ping Wang, Distinguished McKnight Professor und Robert F. Hartmann Chair im Department of Electrical and Computer Engineering (ECE) der U of M.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien ermöglicht das niedrigsymmetrische Ni₄W ein feldfreies Schalten. Das bedeutet, dass das Material seine magnetischen Zustände ohne Magnete wechseln kann. Durch die Erzeugung von Spinströmen in mehrere Richtungen kann Ni₄W seine magnetischen Zustände feldfrei umschalten, ohne dass externe Magnetfelder erforderlich sind. 

In ihrer Arbeit liefert das Team neue Erkenntnisse über das Material und präsentiert gleichzeitig einen effektiveren Ansatz zur Steuerung der Magnetisierung in kleinen elektronischen Geräten unter Verwendung dieser Kombination aus Nickel und Wolfram.

Gemäß die Studie, die Forscher gefunden dass Ni₄W ein starkes Spin-Bahn-Drehmoment (SOT) erzeugt, ein Weg zu manipulieren Magnetismus in nächste Generation Speichertechnologien.

SOT ist ein aufstrebendes Technologie zur Abwicklung, Integrierung, Speicherung und ermöglicht eine effiziente Manipulation von Spintronik-Geräten, die den Eigenspin von Elektronen sowie ihre Ladung nutzen, um Informationen zu speichern und zu manipulieren.

Dieser Mechanismus taucht auf von den Effekten der Spin-Bahn-Kopplung (SOC), Google Trends, Amazons Bestseller der anomale Hall-Effekt (AHE), der Spin-Hall-Effekt (SHE) und der Rashba-Effekt sowie erklärt Überlegene Leistung in Bezug auf Effizienz und Geschwindigkeit. 

Während SOT eine effiziente Möglichkeit bietet, die Magnetisierung ferromagnetischer Materialien (die permanente Magnetisierungen aufweisen und in Abwesenheit eines externen Feldes ein permanentes magnetisches Moment besitzen) in Speichergeräten zu manipulieren, sind herkömmliche SOT-Materialien wie Schwermetalle und topologische Isolatoren sind begrenzt durch ihre hohe Kristallsymmetrie.

Daher verwenden Forscher entweder Materialien mit niedriger Symmetrie oder brechen die hohe Symmetrie mithilfe eines externen Magnetfelds, um unkonventionelle Spinströme zu erzeugen. feldfreies deterministisches Schalten der senkrechten Magnetisierung. 

Trotz der Fortschritte ist die SOT-Effizienz dieser Materialien bleibt weiterhin niedrig, was ihre praktische Anwendung einschränkt. DieserDies ist jedoch bei dem neuen Material nicht der Fall, das bei Raumtemperatur eine hohe SOT-Effizienz von 0.3 aufweist.

„Wir haben eine hohe SOT-Effizienz mit mehreren Richtungen in Ni₄W sowohl allein als auch in einer Wolframschicht beobachtet, was auf sein großes Potenzial für den Einsatz in Spintronikgeräten mit geringem Stromverbrauch und hoher Geschwindigkeit hinweist.“

– Yifei Yang, Co-Erstautor des Artikels und Doktorand im fünften Jahr in Wangs Gruppe

Eine große SOT-Effizienz von 0.73 wurde auch beobachtet in W/Ni4W (5 nm), aber zur Abwicklung, Integrierung, Speicherung und könnte sein ab extrinsische Effekte.

Das neue Material besteht aus gewöhnlichen Metallen und kann daher hergestellt werden unter Verwendung standardmäßiger industrieller Prozesse. Diese einfache Herstellung macht es zu einem kostengünstigen Prozess,, Herstellung Ni₄W für Industriepartner attraktiv. Dieser bedeutet auch, dass die Technologie in alltägliche Produkte implementiert werden kann Google Trends, Amazons Bestseller Telefone und Smartwatches einfach und in naher Zukunft.

„Wir freuen uns sehr, dass unsere Berechnungen die Materialwahl und die experimentellen Beobachtungen des SOT bestätigt haben.“

– Co-Erstautor des Artikels, Seungjun Lee, ein Postdoktorand in ECE

Die Studie kam zu dem Ergebnis, dass Ni4W ein vielversprechendes unkonventionelles SOT-Material für energieeffiziente Spintronikgeräte ist. Sein billig zu produzieren, kann es finden seine weit verbreitete Anwendung in Geräten wie Telefone as auch als Rechenzentren, die die Zukunft der Elektronik intelligenter und nachhaltiger machen.

In den nächsten Schritten wird das Team wachsen diese Materialien in ein Gerät, kleiner als ihre vorherige Arbeit.

In Speichertechnologie investieren

micron Technology (MU ), ein führender Anbieter von DRAM-, NAND- und bandbreitenstarken Speicherlösungen, investiert massiv in Speicher der nächsten Generation, wie beispielsweise HBM, für KI-Workloads. In Zukunft können wir erwarten, dass das Unternehmen neuartige Lösungen integriert, wie etwa Spintronik oder SOT-basierte Speicher, wenn sie kommerziell rentabel werden.

micron Technology (MU )

Mit einem Markt Kappe von 126.7 Milliarden US-Dollar werden die MU-Aktien derzeit bei 112.78 US-Dollar gehandelt, up 34.54 % bisher in diesem Jahr. Das EPS (TTM) beträgt 5.52 und das KGV (TTM) 20.53. Die Dividendenrendite, die die Aktionäre erzielen können, beträgt 0.41 %.

Was die Finanzlage des Unternehmens betrifft, so meldete es für das dritte Quartal des Geschäftsjahres 9.30, das am 2025. Mai 29 endete, einen Umsatz von 2025 Milliarden US-Dollar. Dieser Dies entspricht einer Steigerung von 15.5 % gegenüber dem Vorquartal und von 36.5 % gegenüber dem gleichen Zeitraum im Vorjahr.

Der GAAP-Nettogewinn für diesen Zeitraum betrug 1.89 Milliarden US-Dollar bzw. 1.68 US-Dollar pro verwässerter Aktie. Der Non-GAAP-Nettogewinn belief sich auf 2.18 Milliarden US-Dollar bzw. 1.91 US-Dollar pro verwässerter Aktie. Der operative Cashflow stieg ebenfalls auf 4.61 Milliarden US-Dollar.

Micron beendete das Quartal mit 12.22 Milliarden US-Dollar in bar, marktfähigen Anlagen und gebundenen Barmitteln.

Der Rekordumsatz, so CEO Sanjay Mehrotra, sei auf den Rekordumsatz im DRAM-Bereich zurückzuführen, darunter ein sequentielles Wachstum von fast 50 % beim HBM-Umsatz. Auch die Umsätze im Rechenzentrumsbereich erreichten im Quartal einen Rekordwert, während die verbraucherorientierten Endmärkte ein starkes sequentielles Wachstum verzeichneten.

„Wir sind auf Kurs, im Geschäftsjahr 2025 einen Rekordumsatz mit solider Rentabilität und freiem Cashflow zu erzielen, während wir disziplinierte Investitionen tätigen, um unsere Technologieführerschaft und Fertigungskompetenz auszubauen und die wachsende Nachfrage nach KI-gesteuertem Speicher zu befriedigen.“ 

– CEO Sanjay Mehrotra

Inmitten All dies gab das Unternehmen bekannt, dass sein HBM3E 36GB 12-High-Angebot wird integriert in AMDs Next-Genn GPUs (Instinct™ MI350 Serie), entscheidend für das Training großer KI-Modelle und die Handhabung komplexer HPC-Workloads wie daZiegeVerarbeitung und rechnergestützte Modellierung.

Micron kündigte außerdem einen Expansionsplan im Wert von 200 Milliarden US-Dollar für die USA an, der die Herstellung von Speichermedien sowie Forschung und Entwicklung im Inland umfasst. Es wird erwartet 90,000 direkte und indirekte Arbeitsplätze sollen geschaffen werden. Gleichzeitig wurde im Rahmen des CHIPS Act eine direkte Finanzierung in Höhe von 275 Millionen US-Dollar beschlossen.

Aktuelle Nachrichten und Entwicklungen zur Micron Technology (MU)-Aktie

Abschließende Gedanken zur Zukunft der Speichertechnologie

Die Speichertechnologie entwickelt sich ständig weiter und prägt die Grundlagen der modernen Computertechnik. Von Phasenwechselinnovationen bis hin zu bahnbrechenden Entwicklungen in der Spintronik versprechen all diese Fortschritte schnellere, energieeffizientere und skalierbarere Lösungen für KI, Big Data und Unterhaltungselektronik der nächsten Generation.

Die jüngste Entdeckung der Ni₄W-Legierung mit ihrer feldfreien Magnetisierungsumschaltung könnte bahnbrechend sein, indem sie die Lücke zwischen Kosteneffizienz und leistungsstarken Speicherlösungen schließt und möglicherweise den Weg für die breite Einführung von Spin-Orbit-Torque-Speichern in der Mainstream-Elektronik in den kommenden Jahren ebnet.

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Referenzen: (Die Referenzliste bleibt in der wissenschaftlichen Zitierweise erhalten)

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