حافظه ای غیرفرار

زمانی كه دستگاه پخش MP۳ را روشن می كنید, مجبور نیستید كه برای مدتی طولانی منتظر شروع به كار آن شوید و یا زمانی كه دكمه Power روی كنترل از راه دور تلویزیون را فشار می دهید, سریعاً تصویر را روی آن مشاهده می كنید

زمانی كه دستگاه پخش MP۳ را روشن می‌كنید، مجبور نیستید كه برای مدتی طولانی منتظر شروع به‌كار آن شوید و یا زمانی كه دكمه Power روی كنترل از راه دور تلویزیون‌ را فشار می‌دهید، سریعاً تصویر را روی آن مشاهده می‌كنید.

اما چرا وقتی كه دكمه Power كامپیوتر خانگی‌ را فشار می‌دهید، مجبور هستید كه مدتی منتظر بمانید؟ علت عمده این حالت، مربوط به RAM كامپیوتر و طریقه كاركردن آن و بارگذاری داده‌ها است.

● توضیحی در مورد MRAM

یافتن راه‌حل برای عملكرد دیگر هنگام RAM كامپیوتر كار ‌ساده‌ای‌ نیست، ولی تكنولوژی به ‌نام RAM) MRAM مغناطیسی)، می‌تواند به كمك شما بیاید. MRAM تركیبی است از میكروالكترونیك‌هایی مبتنی بر سیلیكون و ابزارهای مغناطیسی كه این تركیب باعث به‌وجود آمدن حافظه‌ای با كارآیی بهتر نسبت به بقیه آنها می‌شود.

در حال حاضر MRAM توانایی رقابت با تكنولوژی‌ تثبیت شده حافظه را در زمینه قیمت و دیگر موارد ندارد و شركت‌ها در‌زمینه به‌كارگیری و قراردادن آن به جای حافظه‌های دیگر تلاشی نمی‌كنند ولی تحقیق در این زمینه هنوز هم ادامه دارد. نتایج اولیه در این زمینه نشان دهنده برتری MRAM در سال‌های آینده هستند.

● فرار یا غیر فرار

MRAM حافظه‌ای غیر فرار است، یعنی این حافظه حتی در صورت عدم وجود جریان برق خارجی هم داده‌های ذخیره شده خود را نگهداری می‌كند. ROM و حافظه‌های Flash مثال‌هایی از حافظه غیر فرار هستند ولی از سوی دیگر RAM قدیمی فرار است و احتیاج به شارژ الكتریكی ثابتی دارد تا بتواند داده‌ها را نگهداری كند.

در بیشتر كارهای محاسباتی، حافظه فرار به عنوان یك حافظه كوتاه مدت در كامپیوتر خانگی عمل می‌كند و در ناحیه‌ای كار می‌كند كه سیستم در آنجا داده‌هایی را ذخیره كرده كه در‌حال‌حاضر استفاده می‌شوند و یا اینكه سریعاً به آنها احتیاج باشد. معمولاً حافظه غیر فرار زمان دسترسی كوتاه‌تری داشته و هزینه بالاتری هم نسبت به حافظه فرار دارد،‌ بنابراین بیشتر سیستم‌های محاسباتی‌ كه از حافظه غیر فرار استفاده می‌كنند، فقط آن را محدود به ذخیره‌سازی طولانی مدت می‌كنند.

با این حال، پیشرفت این نوع حافظه و تحقیق در زمینه آن، می‌تواند باعث جایگزینی آن به‌ جای RAMهای قدیمی در كامپیوترها شود. استفاده از حافظه غیر فرار به جای RAMهای قدیمی مزایای زیادی را در بر خواهد داشت،‌ زیرا در این صورت اطلاعات سیستم حتی در زمان خاموش شدن كامپیوتر هم درون حافظه باقی می‌مانند، یعنی دیگر لازم نیست كه كامپیوتر مدتی طولانی برای راه‌اندازی وقت صرف كند.

از دیدگاه یك مصرف كننده حافظه غیر فرار، این كار یعنی داشتن شبكه‌های مطمئن‌تر و سریع‌تر، داشتن كامپیوترهای مطمئن‌تر و ارزان‌تر در اداره و خانه و نیز داشتن قابلیت جدید در تجهیزاتی كه ممكن است داخل یا بیرون از خانه استفاده شوند. انواع مختلف حافظه، برای كاربردها و محصولات متفاوتی به‌كار می‌روند. تفاوت بین حافظه‌های مختلف به مواردی همچون هزینه، كارآیی،‌ ظرفیت و غیره بستگی دارد. انتظار می‌رود كه در آینده با پیشرفت فناوری، MRAM بازار را در دست گیرد.

در حال حاضر، ایده توانایی MRAM در پایان دادن به تأخیر موجود در راه‌اندازی كامپیوترهای خانگی وجود دارد، ولی احتمال دارد كه امكان عملی شدن آن چند سال به طول بینجامد.

هر چه فناوری MRAM به پیش می‌رود، هزینه آن كاهش یافته و حجم آن افزایش می‌یابد. این روند باعث می‌شود كه این فناوری هم به عنوان یك بخش كارآ و هم به عنوان حافظه‌ای كه در تراشه‌های مختلف برای انجام كارهایی متفاوت قرار می‌گیرد، در بخش‌های مختلف بازار مطرح شود. هرچه بتوانیم هزینه MRAM را كاهش دهیم، این فناوری می‌تواند راحت‌تر وارد بازارهای مختلف شود.

تا آن زمان باید صبور باشید و مطمئن باشید كه سرانجام MRAM تاخیر موجود در راه‌اندازی كامپیوتر را حذف خواهد كرد.

● معماری MRAM

▪ Tunnelingرونــدی اســت كـه در آن لایـه‌های مغـنـاطیسی مـوجـود در Magnetic Tunnel Junction) MTJ) الكترون‌ها را پلاریزه می‌كنند و بدین ترتیب باعث می‌شود كه آنها از عایق عبور كنند. این روند به هر ترانزیستور این امكان را می‌دهد كه یك بیت از داده‌ها را ذخیره كند.

▪ هر بـخش از حافـظه از یـك پیـكربندی T۱MTJ اتـصال یك ترانزیستور و یك تونل مغناطیسی استفاده می‌كند. ناحیه MTJ‌، داده‌ها را ذخیره می‌كند.

▪ ترانزیستورهای قرار گرفته در بالا و پـایین ناحـیـه MTJ امـكان ایجاد مدار مغناطیسی را فراهم می‌كنند.

▪ بـرای فراهـم آوردن امـكان ارتـباط MRAM با ابزارهای مختلف كامپیوتر، هر بـیت MRAM در یك بخش قرار می‌گیرد. خطوط داده طولانی در سمت پایین و بالای بیت‌ها قرار گرفته و توسط خطوط دیگری عمود بر هم قرار می‌گیرند. این خطوط می‌توانند از هزاران بیت عبور كنند.

▪ زمانی كه لایه‌های مغناطیسی آزاد و ثابت در MTJ‌ دارای منابع مغناطیسی هستند كه در جهات مخالف هم قـرار گرفـته‌اند، MTJ‌ مـقاومت پـایینی خواهد داشت. تفاوت بین مقاومت‌های بالا و پایین نوع بیت داده ذخیره شده را نشان خواهد داد كه مشابه تفاوت بین ۰ و ۱ یا خاموش و روشن بودن یك شارژ الكتریكی در RAM قدیمی است.

● معرفی یك مدل MRAM

حافظه MR۲A۱۶A MRAM علیرغم نام طولانی كه دارد با توانایی‌های كه ارائه می‌دهد سرانجام به محصولی به‌ یاد ماندنی تبدیل خواهد شد. در اینجا بعضی از مشخصات MR۲A۱۶A ارائه شده است:

▪ ساخته شده ‌بر پایه ۱۸۰CMOS میكرونی

احتیاج به برق ۳/۳ ولت دارد

▪ محدوده گرمایی قابل تحمل: ۰ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد

▪ زمان‌ دسترسی: ۳۵ نانو بر ثانیه برای خواندن و نوشتن داده‌ها

▪ حداقـل قابـلیت نگـهداری داده‌هـا تـا ۱۰سال

▪ بـا قابلیت كاربـرد بیشتـر برای كـامپیوتـرهـای خـانگـی، PDAهـا، دستگاه‌های الكترونیكی و مخابراتی قابل حمل

● مقایسه MRAM با دیگر انواع حافظه

MRAM‌ شامل اكثر ویژگی‌های برتر فناوری‌های حافظه موجود می‌شود و تنها حافظه‌ای است كه دارای تمام ویژگی‌های برتر اصلی همچون سرعت، غیر فرار بودن و پایداری نامحدود است. با این حال، برای كاربردهایی كه به یك یا دو تا مورد این ویژگی‌ها احتیاج باشد، حافظه‌ای كه این ویژگی‌ها را بهتر ارائه دهد، اولویت بیشتری دارد. با گذشت زمان مشخص خواهد شد كه چه میزان از بازار حافظه به MRAM تعلق خواهد گرفت.

رقیب اصلی MRAM حافظه Flash است كه هر دو حافظه‌هایی غیر فرار هستند ولی MRAM‌ ولتاژ كمتر و طول عمر نامحدودی دارد. حافظه Flash بعد از صدهزار تا یك میلیون بار نوشتن كارآیی خود را از دست می‌دهد و به علت وجود این نقایص، در تمام كاربردها به خوبی عمل نمی‌كند كه با این وجود MRAM نسبت به آن ترجیح داده می‌شود.

بزرگ‌ترین نقص MRAM‌ هزینه بالای آن در مقایسه با دیگر انواع حافظه است كه البته هزینه آن با پیشرفت فناوری MRAM كاهش خواهد یافت.

انتظار می‌رود كه MRAM با یك ریزپردازنده با هم در یك ماجول به كار گرفته شوند كه در این صورت بازار را تسخیر خواهد كرد.

مترجم: مهدی ملكی