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Neuer Geschwindigkeitsrekord für Computerspeicher

Das Wettrennen für die Entwicklung der nächsten Generation von Computertechnologien ist eröffnet - und Europa führt. Jüngste Experimente mit Magnetspeichern haben alle Geschwindigkeitsrekorde der Vergangenheit gebrochen und die Höchstgeschwindigkeit erreicht. Für den Durchschn...

Das Wettrennen für die Entwicklung der nächsten Generation von Computertechnologien ist eröffnet - und Europa führt. Jüngste Experimente mit Magnetspeichern haben alle Geschwindigkeitsrekorde der Vergangenheit gebrochen und die Höchstgeschwindigkeit erreicht. Für den Durchschnittseuropäer bedeutet dies, dass neue schnellere Computer vor der Tür stehen. Während Computer immer kleiner werden, steigen die Anforderungen der Verbraucher immer weiter an. Immer mehr Speicherplatz ist notwendig, um auch die neusten Computerprogramme laufen zu lassen. Auch zum Speichern gesammelter Informationen, sei es von Forschern oder Regierungen, wird mehr Speicherplatz benötigt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind größere und schnellere Speicher erforderlich. MRAM-Speicherchips - Magnetic Random Access Memory - sind genau das Richtige, um der wachsenden Nachfrage zu begegnen, und ihre Entwicklung läutet eine neue Revolution in der Computerindustrie ein. Europa ist dabei wegweisend, wie aus einem in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlichten Artikel hervorgeht. Der Artikel bezieht sich auf ein Experiment, das an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Deutschland durchgeführt wurde. In dem Experiment realisierten die Forscher einen Spin-Torque-Schaltvorgang in einem Nanomagneten, bei dem eine Geschwindigkeit praktisch an den Grenzen des Möglichen erreicht wurde. Dieser Ansatz wird ballistisches Schalten genannt. In heute üblichen Speichersystemen werden DRAM und SRAM (Dynamic and Static Random Access Memory) verwendet. Obwohl diese bereits schneller als ihre Vorgänger sind, haben sie doch einige Nachteile. Eine Unterbrechung der Stromversorgung ist gleichbedeutend mit dem Verlust der zu diesem Zeitpunkt verarbeiteten Informationen. Computer, die mit diesen Speichern ausgestattet sind, brauchen auch lange zum Hochfahren. Man stelle sich vor, man macht den Computer an und er wäre direkt bereit, anstatt zu warten bis alle Programme geladen sind. Mit MRAM fällt diese Wartezeit weg. Bei MRAM wird die digitale Information nicht mithilfe einer elektrischen Ladung, sondern mit der magnetischen Ausrichtung einer Magnetzelle gespeichert. Magnete können entweder positiv oder negativ geladen sein. Der jeweilige Status entspricht dabei 0 oder 1. Dies ist das Binärsystem, das auf allen Computern zum Einsatz kommt. Der Spin-Torque-Effekt wird bei MRAM zur Programmierung der magnetischen Bits genutzt. Durch die Anwendung des Spin-Torque-Effekts kann der Speicher einer Zelle durch einen Strompuls programmiert werden. Ein positiver Strompuls schaltet die Magnetisierung in eine Richtung (digitaler Status 0) und ein negativer Strom in die andere Richtung (digitaler Status 1). Um die Magnetisierung umzuschalten, sind aber mehrere Strompulse, auch Präzessionsumdrehungen genannt, notwendig. Entsprechend benötigen MRAM mehrere Strompulse, die ungefähr 10 Nanosekunden dauern, um die Magnetisierung zu programmieren. Dadurch wird die Geschwindigkeit stark reduziert. In diesem Experiment konnte die Magnetisierung dank des ballistischen Schaltens durch eine einzige Präzessionsumdrehung umgekehrt werden. Das wurde durch geschickte Wahl der Parameter des Strompulses in Kombination mit einem leichten statischen Magnetfeld erreicht. Für den MRAM-Speicher bedeutet das, dass eine Programmierung mit gängigen Strompulsen von unter einer Nanosekunde erreicht werden kann, was Taktraten von über einem Gigahertz entspricht. Damit könnte ein nichtflüchtiger Speicher mit hoher Speicherdichte erreicht werden, der in der Taktrate der schnellsten flüchtigen Speicher arbeiten würde.

Länder

Deutschland

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