יבמ: טכנולוגיית זיכרון חדשה תגדיל פי 100 את נפחי האחסון הדיגיטלי

מדענים ביבמ (IBM) החוקרים ארכיטקטורות חדשות בתחום רכיבי הזיכרון במכשירים דוגמת טלפונים ניידים, מחשבים ניידים ושרתי מחשב דיווחו על פריצת דרך מדעית-מחקרית וחשפו שיטת אחסון חדשה הצפויה להגדיל פי 100 את כמות הנתונים המאוחסנת במכשירים בהם היא משולבת, תוך שימוש בכמות נמוכה משמעותית של אנרגיה.

מדעני יבמ הציגו לראשונה שיטה למדידת התנועה ולעיבוד מידע דיגיטלי המאוחסן על גבי חוטים דקיקים שעוביים אלפית מעובי שערת ראש אדם.

המדענים חשפו לראשונה את דבר קיומם של "קירות חוצצים" המגדירים אזורים נתונים ברכיבי זיכרון – גילוי המאפשר לדחוס כמות גדולה יותר של נתונים אל תוך רכיבים קטנים מאי-פעם. שיטת אחסון הזיכרון החדשה עושה שימוש בתופעת הסיחרור (spin) של אלקטרונים, על מנת להזרים נתונים למקומם המדוייק, על גבי "מסלול המירוצים" המנוהל על גבי ננו-חוטים. מימוש בפועל של הטכנולוגיה הזאת יאפשר, למשל, לאחסן את כל הסרטים המופקים בשנה מסויימת – על גבי מכשיר נייד בודד, שיפעל משך שבועות רצופים בעזרת סוללה אחת.

מזה שש שנים, עובדים מדעני יבמ למימוש הרעיון של זיכרון מסוג חדש. במקום לבקש מהמחשב לחפש אחר הנתונים הנדרשים לו, כמקובל במערכות מחשבים מוכרות כיום, יודע זיכרון "מסלול המירוצים" של יבמ להעביר אוטומטית את הנתונים אל המקום המיועד להשתמש בהם, תוך החלקה של סיביות מגנטיות קדימה או אחורה לאורך "מסלול המירוצים" על גבי החוט החשמלי הזעיר.

פריצת הדרך עליה מדווחים מדעני יבמ בגיליון החדש של כתב העת המדעי Science, נוגעת לאפשרות למדוד את הזמן והמרחק של תהליכי האצה של חומות מתחמים פנימיים (Domain walls), ולשלוט ברמת ההאצה או ההאטה של החומות האלה בתגובה למפגש עם פעימת זרם (pulse), המשמשת להעברה ולעיבוד מידע. הטכנולוגיה הזאת מאפשרת למדענים לא רק להבין את אופן ההתנגות ולשלוט בתנועות המגנטיות בתוך מכשיר האחסון, אלא גם לקדם את הפיכת חזון טכנולוגיית זיכרון מסלול המירוצים למציאות.

נתונים דיגיטליים מאוחסנים כיום בשתי שיטות עיקריות: אחסון נתונים מתבצע כיום באחת משתי דרכים: זיכרון נדיף (flash), על גבי שבבים או כרטיסים, המשולבים בטלפונים סלולאריים, נגני מוסיקה ומצלמות דיגיטליות – 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 מירוצים" של יבמ  משלב את המאפיינים החיוביים של שני סוגי האחסון האלה, באמצעות אחסון נתונים כאזורים מגנטיים – הנקראים גם "מתחמים" (domain), על גבי מסלול שרוחבו כמה עשיריות ננו-מטר בלבד.

על מנת לבנות זיכרון מהיר ככל האפשר וצפוף ככל האפשר, צריכות "חומות המתחם", החוצצות בין מקטעי האחסון, לנוע לאורך המסלול באופן אוטומטי במהירות של מאות קילומטרים לשעה, ובדיוק מירבי. החוקרים הופתעו ממסגרת הזמן לתנועה כזאת, המצטמצמת לעשיריות בודדות של ננו-שניה, וממרחק התנועה הנמדד במיקרומטרים, משום שנסיונות קודמים בתחום לא הצביעו על האצה או האטה בתנועת חומות המתחם לאורך המסלול. עתה, התברר כי תנועת חומות המתחם אינה מתנהלת בשיא המהירות מיד עם העברת הזרם, וכי קצב ההאצה בתנועה זהה לחלוטין לקצב ההאטה שלה כאשר הזרם מופסק. הגילוי הזה לא התאפשר עד עתה, משום שלא היה ברור האם לקירות המתחם יש מסה – הגורמת כאמור לאפקט ההאצה להיות שקול לאפקט ההאטה. עתה, יודעים החוקרים למקם את חומות המתחם באופן מדוייק לאורך המסלול, באמצעות שינוי אורך הפעימה החשמלית.

מזה קרוב לחמישים שנה, חוקרים מדענים את האפשרות לאחסון מידע במסגרת מתחמים מגנטיים, תוך חציצה בין אזורים מגנטיים נפרדים הקולטים כל אחד מהם סיבית מידע. עד עתה הייתה השליטה והמניפולציה של חומות מתחם עניין יקר, מורכב, ובזבזני בחשמל. לפני שנתיים, סיפקו מדענים של יבמ הוכחת היתכנות ראשונה לאפשרות להשיג שליטה כזאת – אשר הדגימה גם את הפוטנציאל העתידי של זיכרון מסלול מירוצים, תוך ניצול תופעת הסחרור של אלקטרונים.

פרטי המחקר של יבמ התפרסמו, כאמור, במהדורה האחרונה של כתב העת המדעי Science , במאמר הנושא את הכותרת "דינימיקה של חומות מתחמים מגנטיים תחת התוכן הפנימי שלהם".

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.