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IBM tente de réinventer la mémoire
Un nouveau dispositif de mémoire à base de nanofils développé par des chercheurs d'IBM pourrait combiner les meilleures qualités des différents types de mémoire utilisés aujourd'hui, réduisant les coûts et améliorant les performances. Si la mémoire expérimentale se concrétise – et le travail n'en est encore qu'aux tout premiers stades de son développement – elle pourrait servir de mémoire universelle, se substituant aux différents types actuellement utilisés.
Mémoire nanofil : Un nanofil magnétique (ligne fine en haut) fait de fer et de nickel est étiré entre les contacts électriques pour tester les propriétés qui pourraient conduire à de meilleurs dispositifs de mémoire. L'appareil stocke des bits sous la forme de parois de domaine (illustrées en bas), qui sont des zones où deux régions magnétiques du nanofil se rencontrent.
Stuart Parkin , physicien expérimental chez IBM Centre de recherche d'Almaden , à San Jose, en Californie, affirme que la mémoire, qui regrouperait une centaine de bits de données sur un seul nanofil, pourrait potentiellement stocker 10 à 100 fois plus de données que la mémoire flash, le type de mémoire utilisé dans les appareils photo numériques et autres petits appareils portables –tout en fonctionnant à des vitesses beaucoup plus rapides. Et parce qu'il s'agit d'une mémoire à semi-conducteurs, il serait beaucoup plus robuste que les disques durs magnétiques, qui nécessitent des dispositifs mécaniques pour lire et écrire des données. En principe, nous pourrions être moins chers que le flash, plus denses que le flash et des ordres de grandeur plus rapides, dit Parkin. Et il n'y a pas de mécanisme d'usure, donc c'est totalement fiable.
Tout cela devrait être possible, dit Parkin, grâce à l'application de nouvelles connaissances sur le comportement à l'échelle nanométrique des matériaux magnétiques et les courants électroniques dans ces matériaux qui ouvrent la voie au stockage de nombreux bits de données sur un seul nanofil. Parkin a démontré les éléments de base du nouveau type de mémoire, mais n'a pas encore construit de prototype complet.
Bien qu'elle soit au début du développement, la recherche a attiré l'attention en raison des antécédents de Parkin pour faire des percées majeures dans la mémoire magnétique. Ses découvertes et inventions antérieures ont multiplié par mille la densité de stockage des disques durs magnétiques, ouvrant la voie aux immenses centres de stockage de données essentiels à l'Internet d'aujourd'hui, tout en rendant possible l'immense capacité de stockage des appareils portables tels que comme iPod. Les nouveaux dispositifs de mémoire combineraient les avantages des trois types de mémoire largement utilisés aujourd'hui – disques durs, lecteurs flash et mémoire vive dynamique (DRAM) – tout en évitant bon nombre de leurs inconvénients. Comme les disques durs, qui sont la forme de mémoire la moins chère, les appareils proposés par Parkin stockeraient des bits de données sur un support magnétique. Mais contrairement aux disques durs, ils ne nécessiteraient pas de tête mobile ni de disques rotatifs pour lire et écrire ces bits. En effet, il n'y aurait aucune pièce mécanique, rendant la mémoire de Parkin beaucoup plus robuste qu'un disque dur : il n'y aurait aucun risque que la tête de lecture-écriture s'écrase sur le support magnétique et détruise les données.
Multimédia
Voir deux configurations possibles d'un nouveau type de mémoire.
La mémoire de Parkin aurait également des avantages par rapport à la mémoire à semi-conducteurs conventionnelle telle que la DRAM et le flash. Contrairement à la DRAM, la nouvelle mémoire ne nécessiterait pas un approvisionnement continu en énergie pour stocker les données. La mémoire flash a également cet avantage par rapport à la DRAM : elle peut stocker des données sans alimentation. Mais c'est lent. La nouvelle mémoire pourrait être de plusieurs ordres de grandeur plus rapide que la mémoire flash, rivalisant même avec la vitesse de la DRAM, dit Parkin.
Les dispositifs pourraient également être plus compacts et moins chers que les mémoires à semi-conducteurs conventionnelles. Ils ressembleraient à une telle mémoire en ce sens qu'ils utiliseraient des millions de dispositifs de lecture-écriture étroitement emballés disposés en grille sur une puce mémoire, plutôt que les quelques têtes de lecture-écriture utilisées dans les disques durs. Mais contrairement à la mémoire à semi-conducteurs conventionnelle, dans laquelle chaque périphérique de lecture-écriture peut stocker entre un et quatre bits, chacun serait associé à un nanofil pouvant stocker entre 10 et 100 bits. Ces bits seraient rapidement déplacés le long du nanofil, propulsés par des impulsions électroniques, puis lus ou écrits en un point le long du nanofil.
L'utilisation de moins de têtes de lecture-écriture par bit est un arrangement plus compact que la mémoire à semi-conducteurs conventionnelle. C'est notamment le cas si les nanofils sont orientés perpendiculairement à la surface de la puce, de sorte qu'ils croissent verticalement à partir de la surface, ou se déposent dans des puits creusés dans la puce. Dans ce cas, 100 bits peuvent être stockés dans la même zone qu'un bit dans un appareil conventionnel. Cet arrangement est essentiel pour rendre la mémoire plus dense et aussi moins chère.
Il est essentiel pour la technologie de trouver un moyen de déplacer les bits le long d'un nanofil. Dans la mémoire de Parkin, des bits d'information seraient stockés en créant ou en supprimant des limites magnétiques appelées parois de domaine au sein des nanofils magnétiques. Ces bits de paroi de domaine créent des champs magnétiques distinctifs qui peuvent être lus avec des appareils conventionnels. Les chercheurs savent depuis longtemps que ces murs peuvent être déplacés à l'aide de champs magnétiques, mais les murs se déplaceraient dans la même direction, s'annihilant mutuellement. La clé du fonctionnement de l'appareil a été la découverte que les courants électroniques dans les matériaux magnétiques peuvent déplacer ces parois le long d'un nanofil et les déplacer toutes dans la même direction. Cela permet de déplacer des bits pour être lus par des dispositifs de lecture et d'écriture uniques.
Avant que de tels dispositifs de mémoire ne soient sur les étagères des magasins, il y a quelques problèmes qui doivent être résolus. Premièrement, le courant requis pour déplacer les murs du domaine est beaucoup trop élevé pour être pratique. Parkin dit qu'il fait des progrès sur ce front, ayant découvert que le courant peut être réduit en ajustant la fréquence des courtes rafales. Il travaille également avec de nouveaux matériaux qui peuvent nécessiter moins de courant.
Un deuxième défi consiste à mieux comprendre le comportement des murs de domaine. Par exemple, il n'est pas clair comment les défauts d'un nanofil peuvent affecter leur comportement, ou à quel point les parois du domaine peuvent être espacées. Les réponses à ces questions peuvent déterminer à quel point la mémoire sera plus dense, dit Stuart Loup , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Virginie. Wolf note également qu'il sera difficile d'atteindre les vitesses de la DRAM, car il y aura un certain retard impliqué dans la navette des parois de domaine le long d'un nanofil.
Les chercheurs commenceront probablement par une version simple de la technologie, dans laquelle les nanofils sont disposés horizontalement sur une puce, plutôt que verticalement. Cela permettra toujours aux puces mémoire d'être à peu près aussi denses que la mémoire flash, mais avec des performances beaucoup plus rapides et une plus grande fiabilité que la mémoire flash. Si cela réussit, cela justifierait de dépenser plus d'argent pour des appareils encore plus compacts utilisant des nanofils verticaux, dit Parkin.