Nguyên tắc cơ bản của bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính (MRAM)

Khi nhu cầu về các thiết bị hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp tiếp tục tăng lên, hiểu biết về khoa học đằng sau MRAM ngày càng trở nên quan trọng.

• Cơ hội, thách thức trong nghiên cứu và phát triển Điện toán quang học
• Tiềm năng của bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính MRAM
• Ứng dụng và hạn chế của điện toán nhận biết ngữ cảnh (Context-aware Computing)
• Tầm quan trọng của bộ nhớ chính - main memory của máy tính
• Cài đặt RAM trong PC: hướng dẫn từng bước

Khi nhu cầu về các thiết bị hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp tiếp tục tăng lên, hiểu biết về khoa học đằng sau bộ nhớ ngẫu nhiên từ tính (MRAM) ngày càng trở nên quan trọng.

MRAM là gì?

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) là một công nghệ bộ nhớ không bay hơi mang tính cách mạng hứa hẹn sẽ thay đổi cục diện của điện toán hiện đại. Bằng cách khai thác sức mạnh của từ tính, MRAM mang đến sự kết hợp độc đáo giữa tốc độ, độ bền và khả năng lưu giữ dữ liệu mà các giải pháp bộ nhớ truyền thống không thể so sánh được. Khi nhu cầu về các thiết bị hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp tiếp tục tăng lên, hiểu biết về khoa học đằng sau MRAM ngày càng trở nên quan trọng.

Về cốt lõi, MRAM dựa trên các nguyên tắc cơ bản của từ tính. Trong một tế bào MRAM điển hình, hai lớp sắt từ được ngăn cách bởi một lớp cách điện mỏng. Một trong những lớp này, được gọi là lớp tham chiếu, có hướng từ tính cố định, trong khi lớp còn lại, được gọi là lớp tự do, có thể thay đổi hướng từ tính của nó. Định hướng tương đối của hai lớp này xác định điện trở của ô, từ đó biểu thị dữ liệu được lưu trữ là ‘0’ hoặc ‘1’. Bằng cách điều khiển các thuộc tính từ tính của lớp tự do, MRAM có thể đọc và ghi dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Các ưu điểm của MRAM

MRAM có nhiều năng lực ưu việt so với bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên truyền thống.

Tính bất biến

Một trong những ưu điểm chính của MRAM là tính bất biến của nó, nghĩa là nó giữ lại dữ liệu ngay cả khi bị ngắt điện. Điều này hoàn toàn trái ngược với các công nghệ bộ nhớ dễ bay hơi truyền thống, chẳng hạn như Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM), yêu cầu nguồn điện liên tục để duy trì dữ liệu của chúng. Bản chất không bay hơi của MRAM là kết quả của sự ổn định vốn có của các trạng thái từ tính trong các lớp sắt từ. Sau khi hướng từ tính của lớp tự do được thiết lập, nó sẽ cố định cho đến khi nó được thay đổi có chủ ý, đảm bảo rằng dữ liệu được bảo toàn ngay cả khi không có điện.

Tốc độ và độ bền

Tốc độ và độ bền của MRAM cũng rất đáng chú ý. Không giống như các công nghệ bộ nhớ cố định khác, chẳng hạn như Flash, MRAM không dựa vào lưu trữ điện tích và do đó không chịu cùng cơ chế hao mòn và xuống cấp. Điều này cho phép MRAM đạt được tốc độ đọc và ghi tương đương với tốc độ của DRAM, đồng thời mang lại độ bền hầu như không giới hạn. Các thuộc tính này làm cho MRAM trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho nhiều ứng dụng, từ điện toán hiệu suất cao đến các thiết bị chạy bằng pin, năng lượng thấp.

STT-MRAM

Một trong những bước phát triển hứa hẹn nhất trong công nghệ MRAM là sự ra đời của MRAM Mô-men xoắn Chuyển động Quay (STT). Trong STT-MRAM, hướng từ tính của lớp tự do được điều khiển bằng cách sử dụng một hiện tượng được gọi là mô-men xoắn truyền spin. Bằng cách cho một dòng điện chạy qua tế bào MRAM, động lượng góc quay của các electron có thể được chuyển sang lớp tự do, khiến cho hướng từ tính của nó thay đổi. Quá trình này rất tiết kiệm năng lượng và cho phép chuyển đổi nhanh hơn và đáng tin cậy hơn so với các thiết kế MRAM truyền thống.

Các thách thức đối với MRAM

Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng MRAM không phải không có những thách thức. Một trong những trở ngại chính đối với việc áp dụng MRAM là nhu cầu mở rộng quy mô và tích hợp hơn nữa với các quy trình bán dẫn hiện có. Khi nhu cầu về các thiết bị nhỏ hơn, mạnh hơn tiếp tục tăng lên, MRAM phải có khả năng đáp ứng các yêu cầu này trong khi vẫn duy trì hiệu suất và độ tin cậy của nó. Ngoài ra, chi phí sản xuất MRAM phải cạnh tranh với các công nghệ bộ nhớ khác để nó được chấp nhận rộng rãi.

Kết luận

Tóm lại, Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính (MRAM) là một công nghệ đột phá có khả năng định hình lại tương lai của điện toán. Bằng cách tận dụng các nguyên tắc của từ tính, MRAM mang đến sự kết hợp độc đáo giữa tốc độ, độ bền và tính ổn định giúp nó khác biệt với các giải pháp bộ nhớ truyền thống. Khi các nhà nghiên cứu tiếp tục khám phá khoa học đằng sau MRAM và vượt qua những thách thức liên quan đến việc triển khai nó, nó sẵn sàng trở thành một nhân tố ngày càng quan trọng trong thế giới điện tử không ngừng phát triển.

Quỳnh Anh (dịch từ Ts2.space: https://ts2.space/en/understanding-the-science-behind-magnetic-random-access-memory-mram/)

Tin liên quan:

• Các xu hướng phát triển phần mềm cần lưu ý trong năm 2023
• Adobe Firefly đưa công cụ AI sáng tạo Firefly đến các doanh nghiệp
• Cách các đội thi ChatGPT Hackathon tìm cảm hứng ý tưởng công nghệ
• Khát vọng của người trẻ đam mê IT thể hiện qua cuộc thi ChatGPT Hackathon
• FUNiX đưa học viên tham quan Trusting Nhật Bản, truyền động lực sớm gia nhập ngành IT
• FUNiX và UFIN Group ra mắt chương trình Web3 Job Fair Global
• Tutor FUNiX chia sẻ 5 cách để giữ lửa đam mê công nghệ thông tin (IT)