Кільця пам’яті, наука і життя
Рівень сучасної обчислювальної техніки в першу чергу визначається обсягом її пам'яті і швидкодією. Важливе значення мають доступність інформації, можливість тривалого її зберігання при вимкненому джерелі живлення і число можливих циклів перезапису.
Сьогодні великі обсяги інформації зберігають декількома способами. Оптичні компакт-диски та магнітні жорсткі диски вміщають сотні і тисячі мегабайт, не вимагають харчування, але досить повільні під час запису і зчитуванні. Оперативна пам'ять забезпечує малий час доступу (десятки наносекунд) і щільність запису до 12 Мбайт / см 2. але працює тільки під включеної апаратурі.
Транзисторні збірки, елементи яких мають стану або "відкрито", або "закрито", можуть досить довго обходитися без харчування, але мають невисокою щільністю запису і дороги. Флеш-пам'ять на сегнетоелектриках використовує властивість цих матеріалів довго зберігати стан електричної поляризації після вимкнення напруги. Однак після деякого циклу перезапису в них відбувається накопичення паразитного електричного заряду, що приводить до відмови.
Магнітні елементи пам'яті витримують практично необмежену кількість циклів перезапису. Їх осередки у вигляді кілець із замкнутим магнітним потоком не мають полів розсіювання і в принципі забезпечують високу щільність запису. Не випадково пам'ять на феритових кільцях широко застосовувалася в перших ЕОМ років 40 назад. Однак конструкція їх була складна: кожне колечко вручну "прошивали" декількома витками дроту. Це ускладнювало складання елементів і не дозволяло сильно зменшувати їх розміри.
В Об'єднаному інституті ядерних досліджень (ОІЯД, м Дубна) дослідники під керівництвом доктора фізико-математичних наук В. М. Дубовика спільно з лабораторією професора М. А. Марценюка з Пермського державного університету розробили новий спосіб зберігання інформації. Їх роботи відносяться до області квантових явищ і технології отримання наноструктур, станом яких можна управляти за допомогою зовнішніх електромагнітних полів.
Осередок пам'яті виконана з феромагнітного матеріалу, що має добре підібрані магнітні властивості (доменну структуру, фази переходу з магнітожорстких стану в магнітомягкого і т. Д.). Основна її відмінність від старих елементів пам'яті - виключно малі розміри. Мінімальний розмір осередку - 10 нм (стотисячна міліметра); далі починають позначатися квантові флуктуації магнітного моменту матеріалу, що призводять до збоїв.
Сучасні методи літографії, що застосовуються для виготовлення мікросхем, дозволяють отримувати осередки розміром 1-0,2 мікрона, нанотехнологія - до 10 нм. При площі осередку 1 квадратний мікрон щільність запису складе 100 Мбіт / см 2 при робочій частоті 100 МГц і до 1 Гбіт / см 2 при збільшенні частоти до 1 гігагерца. Це перевищує можливості існуючої оперативної пам'яті в десятки разів.
Конструкція осередки пам'яті гранично проста: два феромагнітних кільця (робоче і еталонне) і три дроти. Робоча кільце може бути намагнічена двояко: його магнітний потік направлений або за годинниковою стрілкою, або проти. Управління процесом запису здійснюють дві шини: одна проходить всередині кільця і створює вихровий магнітне поле; інша - зовні, її поле перпендикулярно напрямку намагніченості сти кільця. При одночасній дії обох полів відбувається перемагничивание кільця.
Для зчитування інформації на зовнішню шину подається електричний імпульс високої частоти, який викликає в кільцях коливання магнітного моменту. Він індукує напругу в шинах, що проходять крізь кільця. І якщо робоча частина осередку намагнічена в тому ж напрямку, що і еталонна, сумарний потік і, отже, напруга на шині дорівнюватимуть нулю (стан "ні" - 0). Якщо ж осередки намагнічені в протилежних напрямках, їх потоки, складаючись, спричинять появу імпульсу напруги (стан "так" - 1).
Нова розробка українських дослідників з офіційним найменуванням "Магнітотороідальная пам'ять з довільним доступом" визнана винаходом і захищена патентами.