Японские учёные создали спинтронную память в 1000 раз быстрее современной и почти без нагрева

Исследователи из Токийского университета представили энергонезависимое магнитное переключающее устройство, способное менять состояние всего за 40 пикосекунд – примерно в тысячу раз быстрее типичной памяти на наносекундном масштабе.

При этом девайс потребляет существенно меньше энергии и выделяет значительно меньше тепла, чем большинство ранее предложенных подходов к сверхбыстрому переключению.

Разработка потенциально решает одну из ключевых проблем современного оборудования для ИИ – колоссальные требования к энергопотреблению и охлаждению при перемещении и хранении данных. По мере масштабирования кластеров GPU до сотен тысяч ускорителей подача питания и отвод тепла стали одними из главных узких мест индустрии.

В основе разработки лежит антиферромагнитный материал марганец-олово (Mn₃Sn), нанесённый слоями на кремниевую подложку вместе с танталом. Сверхкороткие электрические импульсы надёжно переключают материал между двумя стабильными магнитными состояниями, представляющими двоичную информацию, причём записанные данные сохраняются после отключения питания.

Принципиальный момент – переключение происходит не за счёт грубого нагрева, как в ряде ранее предложенных пикосекундных схем, где температура подскакивала на сотни кельвинов. Импульсы генерируют так называемый спин-орбитальный крутящий момент, который напрямую передаёт угловой момент в магнитную структуру. Моделирование показало, что температура устройства во время переключения растёт всего на 8 кельвинов.

Команда также продемонстрировала переключение с помощью фототоковых импульсов длительностью 60 пикосекунд, генерируемых телекоммуникационным лазером и фотодиодом.

Это согласуется с усилиями индустрии по внедрению оптических межсоединений и кремниевой фотоники, где крупнейшие облачные провайдеры всё активнее переходят на передачу данных светом вместо традиционных электрических сигналов.

Китайские производители памяти достигли скорости DDR5 8000 МТ/с и приближаются к уровню Samsung, SK Hynix и Micron

Цена Steam Machine значительно выросла относительно изначальных планов Valve из-за дефицита RAM

Если технология дойдёт до коммерческого применения, она теоретически способна снизить расходы на обновление памяти, уменьшить требования к охлаждению и размыть границу между оперативной памятью и накопителем. Для ПК это может означать системы, сохраняющие содержимое рабочей памяти без дежурного питания и мгновенно возобновляющие работу.

Пока разработка остаётся экспериментальной. Нынешние образцы – это лабораторные структуры, а не готовые к производству чипы, и для детерминированного переключения им всё ещё требуется внешнее магнитное поле смещения. Открытыми остаются вопросы масштабируемости производства, долговечности и интеграции с существующими процессами CMOS.