Прорив у пам'яті Ni₄W забезпечує перемикання без магнітів

Найновіші технологічні досягнення, від великих даних до штучного інтелекту (ШІ) та Інтернету речей (IoT), збирають та обробляють величезні обсяги даних. Для цього їм потрібна висока енергоефективність, низька затримка передачі даних та висока швидкість обробки. 

Тут досягнення у високопродуктивних обчисленнях (HPC) мають вирішальне значення для розширення можливостей обробки даних, для чого вони використовують переваги паралельної обробки, потужного обладнання та складного програмного забезпечення.

Однак, вузьким місцем, як правило, є доступ до пам'яті, що створює сильну потребу в технології пам'яті, сумісній з цими вимогами.

Технологія пам'яті забезпечує доступ до даних, їх зберігання та зміну. Інформація тут представлена наборами бітів, кожен з яких дорівнює нулю або одиниці (або ж істині чи хибності).

В ідеалі, пам'ять зчитує та записує дані за незначний час, споживає мало енергії, займає незначний простір і зберігає збережене значення необмежений час. Але, звичайно, на практиці, жодна технологія пам'яті не відповідає цим ідеальним умовам. Різні технології мають свої власний сильні та слабкі сторони, оскільки не існує однієї найкращої технології пам'яті.

Технологія пам'яті в основному розділений на дві категорії:

• летючий
• Нелетучі

Цей базується на конструкції комірок. Комірки – це основні одиниці пам'яті, фактично «масив» комірок пам'яті, де кожна комірка містить один біт даних, а характеристики окремої комірки відображають характеристики всього масиву.

Енергонезалежна пам'ять — це пам'ять, яка працює доти, доки на неї є живлення, і втрачає збережену інформацію при подачі живлення. вимкнено. Отже, цей тип пам'яті можна використовувати для тимчасового зберігання даних.

Енергонезалежна пам'ять, навпаки, зберігає своє значення навіть при відключенні живлення. видаляєтьсяДля цього конкретного типу пам'яті використовується складна напівпровідникова технологія. застосовується, оскільки його складніше виготовити та важко записати на нього електронний документ.

Зі зростанням доступності більшої кількості складна технологія пам'яті на ринку межа між цими двома категоріями пам'яті стає дедалі розмитішою.

Прориви в технології пам'яті

З огляду на важливість технології пам'яті для роботи та продуктивності різних електронних пристроїв і систем, оскільки вона дозволяє комп'ютерам та іншим пристроям зберігати та отримувати інформацію, необхідну для використання, дослідники постійно досліджують нові способи підвищення її ефективності.

Протягом багатьох років кілька проривів революціонізували технології. З метою подолання обмежень існуючих рішень для оперативної пам'яті та сховищ даних, постійні дослідження сприяють швидшим та енергоефективнішим обчисленням і сприяють появі нових застосувань у таких галузях, як штучний інтелект та нейроморфні обчислення.

PCM та інновації у сфері низького енергоспоживання

Деякі з ключових досягнень у цій галузі включають нові матеріали PCM (пам'ять зі зміною фази) для створення єдиного типу пам'яті, який поєднує швидкість оперативної пам'яті з енергонезалежністю флеш-пам'яті.

У сфері PCM, наприкінці минулого року, вчені відкритий¹ нова технологія для зниження енергетичних потреб PCM до 1 мільярда разів.

«Одна з причин, чому пристрої пам'яті з фазовою зміною не отримали широкого поширення, полягає в необхідній енергії», — сказав автор Рітеш Агарвал, професор матеріалознавства та інженерії в Penn Engineering, що означає, що потенціал результатів цієї нової методики є «величезним» для проектування пристроїв пам'яті з низьким енергоспоживанням.

Це конкретне відкриття базується на унікальних властивостях селеніду індію (In2Se3), напівпровідникового матеріалу, що проявляє як п'єзоелектричні (матеріали, які фізично деформуються під впливом електричного заряду), так і сегнетоелектричні (матеріали, які можуть генерувати внутрішнє електричне поле без необхідності зовнішнього заряду) характеристики. 

Коли селенід індію було викрито до безперервного струму, дослідники спостерігали, що його ділянки аморфізувалися, порушуючи кристалічну структуру та відкриваючи «нове поле для структурних перетворень, які можуть відбуватися в матеріалі, коли всі ці властивості поєднуються».

Мультифероїки та ефективне зберігання даних

Мультифероїчні матеріали, що демонструють як сегнетоелектричні, так і феромагнітні властивості для неруйнівного зберігання даних, також є... досліджується дослідниками. 

Одним із таких матеріалів є кобальт-заміщений BiFeO3 (BiFe0.9Co0.1O3, BFCO), який демонструє сильний магнітоелектричний зв'язок, що дозволяє використовувати енергоефективний спосіб запису даних. Минулого року дослідники з Токійського технологічного інституту розвиненою² Наноточки BFCO з окремими сегнетоелектричними та феромагнітними доменами.

Цього року дослідники досяг прогресу³, спираючись на дослідження, щоб продемонструвати реальну функціональність перемикання в орієнтованих тонких плівках. Динамічне керування демонструє фактичне перемикання намагніченості, кероване електричним полем, у форматі, більш сумісному з пристроєм.

Сегнетоелектричні рішення та нові конструкції пам'яті

Чіплетна технологія — це ще один підхід, коли кілька менших мікросхем, або чіплетів, встановлюються на підкладку, яка їх з'єднує, що забезпечує вищу пропускну здатність та щільність пам'яті. Тим часом, розвиток технологій NAND-флеш-пам'яті та DRAM продовжується в напрямку менших технологічних вузлів, з акцентом на збільшення пропускної здатності та енергоефективності.

Хоча флеш-пам'ять NAND є однією з найпоширеніших технологій масового зберігання даних завдяки своїй здатності зберігати більше даних в одній області шляхом укладання комірок у 3D-структуру, вона залежить від пасток заряду для зберігання даних, що означає вищу робочу напругу та нижчу швидкість.

Перспективним рішенням цієї проблеми є сегнетоелектрична пам'ять на основі гафнію (оксиду гафнію), але проблема з ними полягає в обмеженій пам'яті для зберігання даних.

Команда з POSTECH розглянув це питання⁴ шляхом легування сегнетоелектричних матеріалів алюмінієм, що створило високоефективні сегнетоелектричні тонкі плівки. Крім того, вони застосували інноваційну структуру метал-сегнетоелектрик-метал-сегнетоелектрик-напівпровідник (MFMFS) замість типової структури MFS.

Цей дозволило їм успішно контролювати напругу в кожному шарі шляхом точного налаштування таких факторів, як товщина та співвідношення площі шарів. В результаті команда досягла вікна пам'яті, що перевищує 10 вольт (В), на відміну від лише 2 В у звичайних пристроях.

Еволюція спін-орбітального крутного моменту та магнітної пам'яті

Навіть квантові обчислення спостерігає значний попит як нова технологія, що прокладає шлях для більш потужних, ефективних та універсальних обчислювальних пристроїв майбутнього.

Також існує енергоефективна спін-орбітальна магнітна пам'ять з довільним доступом (SOT-MRAM), де електричні струми використовуються перемикати магнітні стани і досягти висока швидкість і низьке енергоспоживання.

Раніше цього року команда дослідників з Інституту фізики JGU поділилися своїми інноваціями⁵ на основі SOT-MRAM, яка демонструє потенціал для зниження споживання енергії більш ніж на 50% та підвищення ефективності на 30%. Вона також зменшує вхідний струм, необхідний для магнітного перемикання для зберігання даних, на 20% та досягає термостабільності, що забезпечує довговічність зберігання даних.

Фотонна та магнітооптична пам'ять

Керування мікросхемами оптичної пам'яті за допомогою світла та магнітів – це ще один спосіб підвищення швидкості та ефективності обробки.

В одному з розробок вчені розробив програмований фотонний фіксатор⁶ побудований на кремнієвій фотонній платформі. Кожен блок пам'яті в системі живиться від власного джерела світла, що дозволяє кільком блокам функціонувати незалежно. Це запобігає погіршенню сигналу, яке може спричинити втрата оптичної потужності, роблячи архітектуру більш масштабованою для більших систем.

Фаршид Аштіані з Nokia Bell Labs пояснив потенціал:

«Великі мовні моделі, такі як ChatGPT, покладаються на величезну кількість простих математичних операцій, таких як множення та додавання, що виконуються ітеративно для навчання та генерації відповідей».

І хоча повномасштабні оптичні комп'ютери ще з'являться за кілька років, ця оптична пам'ять є значним кроком у цьому напрямку.

Тим часом, інша команда продемонстрував нову технологію магнітооптичної пам'яті⁷ використовуючи церій-заміщений ітрієвий залізний гранат (Ce:YIG). Цей матеріал демонструє регульовану оптичну поведінку під впливом магнітних полів. Вбудовуючи мікроскопічні магніти, дослідники могли зберігати та маніпулювати даними шляхом зміни поширення світла.

Таким чином, вони представили новий клас магнітооптичних пам'ятей, які мають швидкість перемикання в 100 разів вищу, ніж передова фотонна інтегрована технологія, та споживають приблизно в десяту частину менше енергії. Магнітооптичні пам'яті також можуть бути перезаписані понад 2.3 мільярда разів.

Ni₄W: Досягнуто намагнічування без використання польових матеріалів

Дослідники з Університету Міннесоти, що в районі Twin Cities, повідомили про нове досягнення в технології пам'яті. 

Опубліковано в рецензованому науковому журналі Advanced Materials дослідження детально описало розвитокt⁸, який передбачав використання Ni₄W, сплаву нікелю та вольфраму. Цей метал змінює магнетизм, не потребуючи магнітів, і таким чином демонструє потенціал для живлення. електроніка наступного покоління.

З командою демонстрація a шлях для створення спінових струмів контролювати намагнічування в пристроях, дослідження відкриває шлях до дешевших, швидших та ефективніших комп'ютерних пам'яті та логічних пристроїв.

Зміна магнетизму металу без магнітів

Зі зростанням попиту на нові технології пам'яті, дослідники активно досліджують... різний альтернативи існуючим рішенням для пам'яті, які можуть збільшити функціональність повсякденного життя технології при цьому споживаючи менше енергії.

Тож дослідники з Університету Міннесоти звернулися до нового матеріалу, щоб зробити комп'ютерну пам'ять швидшою та енергоефективнішою.

Матеріал являє собою нікель-вольфрамовий сплав, клас матеріалів, відомий своєю висока щільність, міцність та стійкість до зносу та корозії. У цих сплавах специфічний склад металів впливає на їхні властивості. 

У цьому дослідженні дослідники використовуваний Ni₄W, матеріал що показує потужні магнітні керуючі властивості.

Щоб вибрати Ni₄W, команда спочатку здійснила пошук у базі даних матеріалів потенційних кандидатів зі стабільними фазами в просторовій групі I4/m, а потім використала розрахунки за допомогою теорії функціоналу густини (DFT), які визначили Ni4W як найперспективнішого кандидата завдяки високій теоретичній ефективності SOT та тому, що він є основним станом для бінарної інтерметалевої системи Ni-W.

Команда підтвердила існування нетрадиційної спінової холлівської провідності (USHC) для Ni4W (100), а також Ni4W (211), але вирішила зосередити свої експериментальні зусилля на останньому через його кращу ефективність SOT, яка перевищувала першу. 

«Теоретичні розрахунки підтверджують, що Ni4W (211) має найбільш оптимальну орієнтацію кристалів для USHC», – зазначається в дослідженні, додаючи, що його гексагональна структура решітки полегшує його вирощування в експериментальних умовах.

Матеріал може зробити пам'ять комп’ютера швидше, а також істотно зменшити енергія використання в електронних пристроях. Дослідники отримали патент на цю технологію.

«Ni₄W зменшує споживання енергії для запису даних, потенційно значно скорочуючи споживання енергії в електроніці», — сказав старший автор статті Цзянь-Пін Ван, заслужений професор Макнайта та завідувач кафедри Роберта Ф. Гартмана на кафедрі електротехніки та комп’ютерної інженерії (ECE) в Університеті Мічигану.

На відміну від звичайних матеріалів, низькосиметричний Ni₄W дозволяє перемикання «без поля». Це означає, що матеріал може змінювати свої магнітні стани без потреби в магнітах. Саме генеруючи спінові струми в кількох напрямках, Ni₄W дозволяє перемикати магнітні стани «без поля» без необхідності зовнішніх магнітних полів. 

У своїй роботі команда пропонує нове розуміння матеріалу, демонструючи водночас ефективніший підхід до контролю намагніченості в невеликих електронних пристроях, використовуючи цю комбінацію нікелю та вольфраму.

Згідно дослідження, дослідники знайдений що Ni₄W генерує сильний спін-орбітальний крутний момент (SOT), a спосіб маніпулювання магнетизм у Наступний-ген технології пам'яті.

SOT – це компанія, що розвивається technology Що дозволяє ефективне маніпулювання спінтронними пристроями, які використовують власний спін електронів, а також їхній заряд, для зберігання та маніпулювання інформацією.

Цей механізм виникає від ефектів спін-орбітального зв'язку (СОВ), як аномальний ефект Холла (AHE), спіновий ефект Холла (SHE) та ефект Рашби, а також шоу чудова продуктивність з точки зору ефективності та швидкості. 

Хоча SOT пропонує ефективний спосіб маніпулювання намагніченістю феромагнітних матеріалів (які демонструють постійну намагніченість і мають постійний магнітний момент за відсутності зовнішнього поля) у пристроях пам'яті, звичайні SOT-матеріали, такі як важкі метали та топологічні ізолятори обмежені завдяки їхній високій кристалічній симетрії.

В результаті дослідники або використовують матеріали з низькою симетрією, або порушують високу симетрію за допомогою зовнішнього магнітного поля для створення нетрадиційних спінових струмів, що дозволяє... безпольове детерміністичне перемикання перпендикулярної намагніченості. 

Незважаючи на прогрес, ефективність SOT цих матеріалів продовжує залишатися низькі, що обмежує їх практичне застосування. Цей Однак, це не стосується нового матеріалу, який демонструє високу ефективність SOT 0.3 за кімнатної температури.

«Ми спостерігали високу ефективність SOT з багатонаправленим розсіюванням у Ni₄W як окремо, так і в шарах з вольфрамом, що вказує на його великий потенціал для використання в малопотужних, високошвидкісних спінтронічних пристроях».

– Співавтор першої статті Іфей Ян, докторант п’ятого курсу групи Ванга

Високий ККД SOT 0.73 також спостерігалося у W/Ni4W (5 нм), але Що може бути від зовнішні ефекти.

Примітно, що новий матеріал виготовлений зі звичайних металів і, як такий, може бути виготовлений використовуючи стандартні промислові процеси. Така простота виробництва, у свою чергу, робить його низьковитратним процесом, створення Ni₄W привабливий для галузевих партнерів. Цей також означає, що технологію можна впроваджувати у повсякденні продукти як телефони та розумні годинники легко та в недалекому майбутньому.

«Ми дуже раді бачити, що наші розрахунки підтвердили вибір матеріалу та експериментальне спостереження SOT».

– Співавтор першої статті Синджун Лі, постдокторант ECE

Отже, дослідження виявило, що Ni4W є перспективним нетрадиційним SOT-матеріалом для енергоефективних спінтроннічних пристроїв. Буття дешево для виробництва, воно може знайти його широке застосування в пристроях як телефони as а також центри обробки даних, що робить майбутнє електроніки одночасно розумнішим та екологічнішим.

На наступних кроках команда буде зростати ці матеріали в пристрій, менші за їхню попередню роботу.

Інвестування в технології пам'яті

Micron Technology (MU ), провідний гравець у сфері рішень для DRAM, NAND та високошвидкісної пам'яті, активно інвестує в пам'ять наступного покоління, таку як HBM, для робочих навантажень штучного інтелекту. У майбутньому ми можемо очікувати, що компанія інтегруватиме новітні рішення, такі як спінтроніка або пам'ять на основі SOT, коли вони стануть комерційно вигідними.

Micron Technology (MU )

З ринком кришка з 126.7 мільярда доларів, акції MU зараз торгуються за 112.78 долара, up Цього року 34.54%. Його прибуток на акцію (TTM) становить 5.52, а коефіцієнт P/E (TTM) – 20.53. Дивідендна дохідність, яку можуть отримати акціонери, становить 0.41%.

Що стосується фінансового стану компанії, то вона повідомила про дохід у розмірі 9.30 мільярда доларів за третій квартал 2025 фінансового року, який завершився 29 травня 2025 року. Цей що на 15.5% більше, ніж у попередньому кварталі, та на 36.5% більше, ніж за аналогічний період минулого року.

Чистий прибуток за GAAP за цей період склав 1.89 млрд доларів США, або 1.68 долара США на акцію, а чистий прибуток без урахування GAAP склав 2.18 млрд доларів США, або 1.91 долара США на акцію. Операційний грошовий потік також збільшився до 4.61 млрд доларів США.

Micron завершила квартал з 12.22 млрд доларів готівки, ринкових інвестицій та обмежених грошових коштів.

Рекордний дохід, зазначив генеральний директор Санджай Мехротра, був зумовлений рекордно високим доходом від DRAM, включаючи майже 50% послідовне зростання доходів від HBM. Дохід від центрів обробки даних також досяг рекордного рівня в цьому кварталі, тоді як орієнтовані на споживача кінцеві ринки продемонстрували значне послідовне зростання.

«Ми на шляху до досягнення рекордного доходу зі стабільною прибутковістю та вільним грошовим потоком у 2025 фінансовому році, водночас ми здійснюємо дисципліновані інвестиції, щоб зміцнити наше технологічне лідерство та виробничу майстерність, щоб задовольнити зростаючий попит на пам’ять на базі штучного інтелекту». 

– Генеральний директор Санджай Мехротра

Серед все це, компанія оголосила, що його пропозиція HBM3E 36 ГБ з 12-бітною пам'яттю буде інтегрована у наступне покоління AMDn графічних процесорів (Instinct™ серії MI350), критично важливої для навчання великих моделей штучного інтелекту та обробки складних високопродуктивних обчислювальних навантажень, таких якторкнітьсяобробка та комп'ютерне моделювання.

Micron також оголосив про план розширення в США на 200 мільярдів доларів, який включає вітчизняне виробництво пам'яті та дослідження та розробки, що... очікується створити 90,000 275 прямих та непрямих робочих місць. Водночас було остаточно визначено пряме фінансування у розмірі XNUMX мільйонів доларів США в рамках Закону CHIPS.

Останні новини та події щодо акцій Micron Technology (MU)

Заключні думки про майбутнє технологій пам'яті

Технологія пам'яті продовжує розвиватися та змінювати основу сучасних обчислень. Від інновацій у сфері фазового переходу до проривів у спінтроніці, всі ці досягнення обіцяють швидші, енергоефективніші та масштабованіші рішення для штучного інтелекту, великих даних та споживчої електроніки наступного покоління.

Останнє відкриття сплаву Ni₄W з його безпольовим перемиканням намагніченості може стати революційним рішенням, подолавши розрив між економічною ефективністю та високопродуктивними рішеннями пам'яті та потенційно відкривши шлях для широкого впровадження спін-орбітальної пам'яті з крутним моментом у масовій електроніці в найближчі роки.

Натисніть тут, щоб переглянути список провідних компаній, що виробляють некремнієві обчислення.

Список використаної літератури:

1. Моді, Г.; Парате, С.К.; Квон, К.; Хан, С.Х.; Кім, Ю.; Ван, Х.; Лі, С.; Ву, Л.; Квон, Дж.; Кім, К.; Чжан, Ю.; Міллірон, Д.Дж.; Дуерлоо, К.-АН; Кім, М.Дж.; Чжон, Ю.; Парк, Дж. Електрично керована далекосяжна аморфізація твердого тіла у фероїчному In₂Se₃. Nature, 635, 847–853 (2024). Опубліковано онлайн 6 листопада 2024 року. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08156-8
2. Одзава, К.; Нагасе, Ю.; Кацумата, М.; Шігемацу, К.; Адзума, М. Керування магнітооптичним ефектом у прозорому перовскітному оксиді електричним полем. Прикладні матеріали та інтерфейси АСУ, 16 (16), 20930–20936 (2024). Опубліковано онлайн 24 квітня 2024 року. https://doi.org/10.1021/acsami.4c01232
3. Іто, Т.; Шігемацу, К.; Дас, Х.; Майзенхаймер, П.; Маеда, К.; Лі, К.; Манна, М.; Редді, С.П.; Сусарла, С.; Стівенсон, П.; Рамеш, Р.; Азума, М. Зворотна зміна феромагнетизму, зумовлена електричним полем, в (110)-орієнтованих, однофазних, мультифероїчних козаміщених тонких плівках BiFeO₃. «Advanced Materials», опубліковано онлайн 28 квітня 2025 р., e2419580. https://doi.org/10.1002/adma.202419580
4. Кім, І.–Дж.; Лі, Дж.–С.; … Лі, Дж.–С. Розблокування великих вікон пам'яті та 16-рівневих операцій з пам'яттю даних на комірку в сегнетоелектричних транзисторах на основі гафнію. Наука розвивається, опубліковано онлайн 7 червня 2024 р., 10 (23): eadn1345. https://doi.org/10.1126/sciadv.adn1345
5. Гупта, Р.; Борд, С.; Каммербауер, Ф.; Ледесма-Мартін, Дж. О.; Бозе, А.; Кононенко І.; Мартін, С.; Усе, П.; Якоб, Г.; Друард, М.; Kläui, M. Використання орбітального ефекту Холла в обертально-орбітальному MRAM. Природа зв'язку, 16, 130 (2025). Отримано 18 вересня 2024 р.; Прийнято 12 грудня 2024 р.; Опубліковано 2 січня 2025 р. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55437-x
6. Гото, Т.; Онбашлі, М. К.; Росс, К. А. Магнітооптичні властивості плівок ітрієвого залізистого гранату, заміщених церієм, зі зниженим тепловим бюджетом для монолітних фотонних інтегральних схем. Оптика Експрес, 20 (27), 28507–28517 (2012). Отримано 24 жовтня 2012 р.; Переглянуто 20 листопада 2012 р.; Прийнято 21 листопада 2012 р.; Опубліковано онлайн 10 грудня 2012 р. https://doi.org/10.1364/OE.20.028507
7. Пінтус, П.; Дюмон, М.; Шах, В.; Мурай, Т.; Шодзі, Ю.; Хуан, Д.; Муді, Г.; Бауерс, Дж. Е.; Янгблад, Н. Інтегрована невзаємна магнітооптика з надвисокою витривалістю для фотонних обчислень у пам'яті. Природа Фотоніка, 19, 54–62 (2025). Отримано 18 січня 2024 р.; Прийнято 14 вересня 2024 р.; Опубліковано 23 жовтня 2024 р. https://doi.org/10.1038/s41566-024-01549-1
8. Ян, Ю.; Лі, С.; Чен, Ю. К.; Цзя, К.; Діксіт, Б.; Суза, Д.; Одлізко, М.; Garcia-Barriocanal, J.; Ю, Г.; Хаугстад, Г.; Фан, Ю.; Хуан, Ю. Х.; Лю, Д.; Крессвелл, З.; Лян, С.; Беналі, О. Дж.; Низький, Т.; Ван, Дж. П. Великий спін-орбітальний крутний момент з багатонаправленими спіновими компонентами в Ni₄W. «Advanced Materials», опубліковано онлайн 15 травня 2025 р., e2416763. https://doi.org/10.1002/adma.202416763