Tехнология энергонезависимой памяти SOT-MRAM может заменить кэш-память в компьютерной архитектуре

Группа учёных из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) в Германии в тесном сотрудничестве с Antaios, достигла значительных успехов в технологии памяти. Их разработка, основанная на магнитной памяти с произвольным доступом (MRAM) с вращательно-орбитальным моментом (SOT), представляет собой высокоэффективное и мощное решение для обработки и хранения данных. Это значительный шаг вперёд для технологий, от смартфонов до суперкомпьютеров.

SOT-MRAM отличается более высокой энергоэффективностью, стабильностью и производительностью по сравнению со статической оперативной памятью, что делает её отличным кандидатом на замену кэш-памяти в компьютерной архитектуре, например. Эта передовая технология использует электрические токи для переключения магнитных состояний, обеспечивая надёжное хранение данных.

Однако одной из ключевых задач было снижение высокого входного тока, необходимого в процессе записи, при сохранении промышленной совместимости. Это включает в себя поддержание достаточной термической стабильности для хранения данных более 10 лет и минимизацию энергии, необходимой для выполнения задачи хранения.

Разработка основана на явлении, известном как орбитальный эффект Холла (OHE), который позволяет повысить энергоэффективность без использования редких или дорогостоящих материалов. Традиционно SOT-MRAM полагалась на спиновые свойства электронов, при которых ток заряда преобразуется в спиновой ток посредством эффекта Холла. Для этого процесса требуются элементы с высокой спин-орбитальной связью, как правило, редкие и дорогостоящие, часто экологически небезопасные материалы с высоким атомным номером, такие как платина и вольфрам.

Изображение: Количественная оценка орбитальных моментов. Источник: Nature Communications (2025).

«В отличие от этого, наш подход использует новое фундаментальное явление, применяя орбитальные токи, получаемые из зарядовых токов с помощью орбитального эффекта Холла, что устраняет зависимость от дорогостоящих и редких материалов», — объяснил доктор Гупта, бывший научный сотрудник Института физики JGU, где он руководил исследованием, и ведущий автор исследования.

Используя ранее не рассматриваемые орбитальные токи, исследователи из JGU и Antaios разработали уникальный магнитный материал, в состав которого входят такие элементы, как рутений, в качестве SOT-канала — фундаментального строительного блока SOT-MRAM, — что значительно повышает производительность. Их разработка обеспечивает:

более чем 50-процентное снижение общего энергопотребления по сравнению с существующими технологиями хранения данных в промышленных масштабах;

повышение эффективности на 30%, обеспечивающее более быстрое и надёжное хранение данных;

снижение на 20% входного тока, необходимого для магнитного переключения для хранения данных;

достижение коэффициента термической стабильности, обеспечивающего хранение данных более 10 лет.

Сообщение Tехнология энергонезависимой памяти SOT-MRAM может заменить кэш-память в компьютерной архитектуре появились сначала на Время электроники.