Databehandling
Gjennombrudd innen Ni₄W-minne muliggjør magnetfri svitsjing
De nyeste teknologiske fremskrittene, fra stordata til kunstig intelligens (KI) og tingenes internett (IoT), samler inn og behandler tonnevis av data. For å gjøre det trenger de høy energieffektivitet, dataoverføring med lav latens og høyhastighetsbehandling.
Her er fremskritt innen høyytelsesdatabehandling (HPC) avgjørende for å forbedre databehandlingskapasiteten, som de drar nytte av parallell prosessering, kraftig maskinvare og sofistikert programvare.
Imidlertid har minnetilgang en tendens til å være flaskehalsen, noe som skaper et sterkt behov for minneteknologi som er kompatibel med disse kravene.
Minneteknologi muliggjør tilgang til, lagring og endring av data. Informasjonen her er representert av samlinger av bits, der hver bit enten er null eller én (alternativt sann eller usann).
Ideelt sett leser og skriver minne på ubetydelig tid, bruker lite strøm, opptar ubetydelig plass og beholder sin lagrede verdi på ubestemt tid. Men selvfølgeligI praksis oppfyller ingen minneteknologi disse ideelle betingelsene. Ulike teknologier har sine egen styrker og svakheter, siden det ikke finnes én beste minneteknologi.
Minneteknologi er hovedsakelig delt i to kategorier:
- flyktige
- Ikke-flyktig
Dette er basert på celledesignet. Celler er de grunnleggende enhetene i minnet, faktisk en «matrise» av minne-«celler», hvor hver celle inneholder én bit med data, og egenskapene til en enkelt celle gjenspeiler egenskapene til den samlede matrisen.
Et flyktig minne er et minne som fungerer så lenge det er strømført, og mister lagret informasjon når det er strømført er slått av. Derfor denne typen minne kan brukes å lagre data midlertidig.
Et ikke-flyktig minne beholder derimot sin lagrede verdi selv når det slås av med strøm. er fjernetFor denne spesielle typen minne brukes sofistikert halvlederteknologi blir brukt, ettersom det er mer utfordrende å produsere og vanskeligere å skrive til elektronisk.
Med den økende tilgjengeligheten av mer sofistikert minneteknologi På markedet blir skillet mellom disse to minnekategoriene stadig mer uklart.
Gjennombrudd innen minneteknologi
| Minne Type | Viktige funksjoner | Effekt Effektivitet | Speed | Volatilitet |
|---|---|---|---|---|
| PCM | Kombinerer RAM-hastighet med ikke-volatilitet | Høy (gjennombrudd etter energisparing) | Rask | Ikke-flyktig |
| Ferroelektrisk | Lavt strømforbruk, rask bytte | Svært høy | Moderat | Ikke-flyktig |
| SOT-MRAM | Spinnbasert minne uten behov for magnetfelt | Svært høy | Rask | Ikke-flyktig |
| fotoniske | Minne som bruker lys for ultrarask prosessering | Lav | Ultrarask | flyktige |
| Ni₄W | Feltfri magnetisering med høy SOT-effektivitet | Eksepsjonell | Rask | Ikke-flyktig |
Gitt hvor viktig minneteknologi er for driften og ytelsen til ulike elektroniske enheter og systemer, ettersom den lar datamaskiner og andre enheter lagre og hente informasjon som trengs for bruk, har forskere kontinuerlig utforsket nye måter å gjøre den mer effektiv på.
Gjennom årene har flere gjennombrudd revolusjonert teknologien. Med mål om å overvinne begrensningene til dagens RAM- og lagringsløsninger, driver pågående forskning raskere og mer energieffektiv databehandling og muliggjør nye applikasjoner innen områder som AI og nevromorfisk databehandling.
PCM og lavstrømsinnovasjoner
Noen av de viktigste fremskrittene på dette området inkluderer nye PCM-materialer (Phase Change Memory) for å lage én minnetype som kombinerer hastigheten til RAM med den ikke-flyktige flash-lagringen.
Innen PCM-sfæren, sent i fjor, forskere oppdaget1 en ny teknikk for å redusere energibehovet til PCM med opptil 1 milliard ganger.
«En av grunnene til at faseendringsminneenheter ikke har nådd utbredt bruk, er på grunn av energien som kreves», sa forfatter Ritesh Agarwal, professor i materialvitenskap og -teknikk ved Penn Engineering, noe som betyr at potensialet i funnene til denne nye teknikken er «enormt» for å designe minneenheter med lavt strømforbruk.
Denne spesielle oppdagelsen er basert på de unike egenskapene til indiumselenid (In2Se3), et halvledermateriale som viser både piezoelektriske (materialer som fysisk deformeres når de utsettes for en elektrisk ladning) og ferroelektriske (materialer som kan generere et internt elektrisk felt uten å kreve en ekstern ladning) egenskaper.
Når indiumselenid ble utsatt til en kontinuerlig strøm, observerte forskerne at deler av den amorfiserte, forstyrret den krystallinske strukturen og åpnet «et nytt felt for de strukturelle transformasjonene som kan skje i et materiale når alle disse egenskapene kommer sammen».
Multiferroiske materialer og effektiv datalagring
Multiferroiske materialer som viser både ferroelektriske og ferromagnetiske egenskaper for ikke-destruktiv datalagring er også blir utforsket av forskere.
Et slikt materiale er koboltsubstituert BiFeO3 (BiFe0.9Co0.1O3, BFCO), som viser sterk magnetoelektrisk kobling, noe som muliggjør en energieffektiv måte å skrive data på. I fjor utførte forskere fra Tokyo Institute of Technology utviklet2 BFCO-nanodoter med enkle ferroelektriske og ferromagnetiske domener.
I år har forskerne gjort fremgang3, og bygger på forskningen for å demonstrere reell svitsjefunksjonalitet i orienterte tynne filmer. Den dynamiske kontrollen demonstrerer faktisk elektrisk feltdrevet magnetiseringssvitsjing i et mer enhetskompatibelt format.
Ferroelektriske løsninger og nye minnedesign
Chiplet-teknologi er en annen tilnærming der flere mindre brikker, eller chiplets, er montert på et substrat som forbinder dem, noe som muliggjør høyere minnebåndbredde og -tetthet. Samtidig fortsetter fremskrittene innen NAND flash- og DRAM-teknologier mot mindre prosessnoder, med fokus på å øke båndbredde og energieffektivitet.
Selv om NAND-flashminne er en av de mest utbredte teknologiene for masselagring av data på grunn av dens evne til å lagre mer data i samme område ved å stable celler i en 3D-struktur, er det avhengig av ladningsfeller for å lagre data, noe som betyr høyere driftsspenninger og lavere hastigheter.
En lovende løsning på dette er ferroelektrisk minne basert på hafnia (hafniumoksid), men utfordringen med dem er begrenset minne for datalagring.
Et team fra POSTECH tok opp dette problemet4 ved å dope de ferroelektriske materialene med aluminium, noe som skapte høytytende ferroelektriske tynne filmer. I tillegg benyttet de en innovativ metall-ferroelektrisk-metall-ferroelektrisk-halvleder (MFMFS)-struktur, i stedet for den typiske MFS-strukturen.
Dette tillot dem å kontrollere spenningen i hvert lag ved å finjustere faktorer som tykkelsen og arealforholdet mellom lagene. Som et resultat oppnådde teamet et minnevindu som oversteg 10 volt (V), i motsetning til bare 2V i konvensjonelle enheter.
Spinn-bane dreiemoment og magnetisk minneutvikling
Selv kvanteberegning ser mye fremgang som en ny teknologi som baner vei for kraftigere, mer effektive og allsidige dataenheter i fremtiden.
Så har vi energieffektiv Spin-Orbit Torque Magnetic Random Access Memory (SOT-MRAM), hvor elektriske strømmer benyttes å bytte magnetiske tilstander og oppnå høy hastighet og lavt strømforbruk.
Tidligere i år, et team av forskere fra JGU Institute of Physics delte sin innovasjon5 basert på SOT-MRAM, som viser potensial til å redusere energiforbruket med over 50 % og øke effektiviteten med 30 %. Det reduserer også inngangsstrømmen som trengs for magnetisk svitsjering for å lagre dataene med 20 % og oppnår en termisk stabilitet som sikrer lang datalagringstid.
Fotonisk og magneto-optisk minne
Å kontrollere optiske minnebrikker med lys og magneter er enda en måte å forbedre prosesseringshastighet og effektivitet på.
I én utvikling, forskere designet en programmerbar fotonisk lås6 bygget på en silisiumfotonisk plattform. Hver minneenhet i systemet drives av sin egen lyskilde, slik at flere enheter kan fungere uavhengig. Dette forhindrer signalforringelse som optisk effekttap kan forårsake, noe som gjør arkitekturen mer skalerbar for større systemer.
Farshid Ashtiani fra Nokia Bell Labs forklarte potensialet:
«Store språkmodeller som ChatGPT er avhengige av enorme mengder enkle matematiske operasjoner, som multiplikasjon og addisjon, utført iterativt for å lære og generere svar.»
Og selv om fullskala optiske datamaskiner fortsatt er år unna, representerer dette optiske minnet et betydelig skritt i den retningen.
I mellomtiden, et annet lag viste en ny magneto-optisk minneteknologi7 ved bruk av cerium-substituert yttriumjerngranat (Ce:YIG). Dette materialet viser avstembar optisk oppførsel når det utsettes for magnetfelt. Ved å bygge inn mikroskopiske magneter kunne forskerne lagre og manipulere data gjennom endringer i lysforplantning.
På denne måten introduserte de en ny klasse magneto-optiske minner som har koblingshastigheter 100 ganger raskere enn avansert fotonisk integrert teknologi og bruker omtrent en tidel så mye strøm. Magneto-optiske minner kan også omskrives mer enn 2.3 milliarder ganger.
Ni₄W: Feltfri magnetisering oppnådd
Forskere fra University of Minnesota Twin Cities har nå rapportert om en ny bragd innen minneteknologi.
Publisert i det fagfellevurderte vitenskapelige tidsskriftet Advanced Materials studien detaljerte utviklingent8, som involverte bruk av Ni₄W, en legering av nikkel og wolfram. Dette metallet snur magnetisme uten å kreve magneter, og viser dermed potensial til å drive neste generasjons elektronikk.
Med laget utstillingsvindu a måte å produsere spinnstrømmer å kontrollere magnetisering i enheter, åpner studien døren for billigere, raskere og mer effektive dataminne- og logikkenheter.
Å bytte magnetisme av metall uten magneter
Med økende etterspørsel etter ny minneteknologi utforsker forskere aktivt forskjellig alternativer til eksisterende minneløsninger som kan øke funksjonaliteten i hverdagen tech mens du bruker mindre energi.
Så vendte forskere ved University of Minnesota seg til et nytt materiale for å gjøre dataminne raskere og mer energieffektivt.
Materialet er en nikkel-wolframlegering, en materialeklasse kjent for sin høy tetthet, styrke og motstand mot slitasje og korrosjon. I disse legeringene påvirker den spesifikke sammensetningen av metallene egenskapene deres.
I denne studien, forskerne brukt Ni₄W, et materiale som viser kraftige magnetiske kontrollegenskaper.
For å velge Ni₄W, søkte teamet først i materialdatabasen etter potensielle kandidater med stabile faser innenfor I₄/m-romgruppen, og brukte deretter beregninger fra tetthetsfunksjonalteori (DFT), som identifiserte Ni₄W som den mest lovende kandidaten på grunn av at den viste stor teoretisk SOT-effektivitet og var grunntilstanden for det binære intermetalliske Ni-W-systemet.
Teamet bekreftet eksistensen av ukonvensjonell spinn Hall-ledningsevne (USHC) for Ni4W (100) så vel som Ni4W (211), men valgte å fokusere sin eksperimentelle innsats på sistnevnte på grunn av dens bedre SOT-effektivitet, som overgikk førstnevnte.
«Teoretiske beregninger bekrefter at Ni4W (211) er omtrent den mest optimale krystallorienteringen for USHC», bemerket studien, og la til at dens sekskantlignende gitterstruktur gjør det lettere å dyrke eksperimentelt.
Materialet kan gjøre dataminne raskere så vel som betydelig redusere energi bruke i elektroniske enheter. Forskerne har sikret seg patent på teknologien.
«Ni₄W reduserer strømforbruket for dataskriving, og kan potensielt redusere energiforbruket i elektronikk betydelig», sa seniorforfatter Jian-Ping Wang, som er en Distinguished McKnight Professor og Robert F. Hartmann Chair ved Institutt for elektro- og datateknikk (ECE) ved U of M.
I motsetning til konvensjonelle materialer tillater lavsymmetrisk Ni₄W «feltfri» svitsjing. Det betyr at materialet kan endre magnetiske tilstander uten å trenge magneter. Ved å generere spinnstrømmer i flere retninger kan Ni₄W snu magnetiske tilstander «feltfrie» uten å trenge eksterne magnetfelt.
I arbeidet sitt gir teamet ny innsikt i materialet, samtidig som de viser frem en mer effektiv tilnærming for å kontrollere magnetisering i små elektroniske enheter ved hjelp av denne kombinasjonen av nikkel og wolfram.
Per studien, forskerne funnet at Ni₄W genererer sterkt spinn-bane-moment (SOT), en måte å manipulere magnetisme i neste generasjon minneteknologier.
SOT er en fremvoksende teknologi Det gir mulighet for en effektiv manipulering av spintroniske enheter, som bruker elektronenes iboende spinn så vel som deres ladning, til å lagre og manipulere informasjon.
Denne mekanismen framgår fra effektene av spin-bane-kobling (SOC), i likhet med den anomale Hall-effekten (AHE), spinn-Hall-effekten (SHE) og Rashba-effekten, og viser overlegen ytelse når det gjelder effektivitet og hastighet.
Selv om SOT tilbyr en effektiv måte å manipulere magnetiseringen av ferromagnetiske materialer (som viser permanente magnetiseringer og har et permanent magnetisk moment i fravær av et eksternt felt) i minneenheter, kan konvensjonelle SOT-materialer som tungmetaller og topologiske isolatorer er begrenset på grunn av deres høye krystallsymmetri.
Som et resultat bruker forskere enten materialer med lav symmetri eller bryter den høye symmetrien ved å bruke et eksternt magnetfelt for å produsere ukonvensjonelle spinnstrømmer, noe som muliggjør feltfri deterministisk svitsjing av vinkelrett magnetisering.
Til tross for fremgangen, er SOT-effektiviteten til disse materialene fortsetter å forbli lav, noe som begrenser deres praktiske anvendelse. Dette, er imidlertid ikke tilfelle med det nye materialet, som viser en stor SOT-effektivitet på 0.3 ved romtemperatur.
«Vi observerte høy SOT-effektivitet med flerretningsteknikk i Ni₄W, både alene og i lag med wolfram, noe som peker på det sterke potensialet for bruk i spintroniske enheter med lavt strømforbruk og høy hastighet.»
– Artikkelens medforfatter Yifei Yang, som er en femteårs doktorgradsstudent i Wangs gruppe
En stor SOT-effektivitet på 0.73 ble også observert i W/Ni4W (5 nm), men Det kan være fra ytre effekter.
Det er verdt å merke seg at det nye materialet er laget av vanlige metaller og dermed kan bli produsert ved bruk av standard industrielle prosesser. Denne enkle produksjonen gjør det igjen til en rimelig prosess, gjør Ni₄W er attraktiv for industripartnere. Dette betyr også at teknologien kan implementeres i hverdagsprodukter i likhet med telefoner og smartklokker enkelt og i nær fremtid.
«Vi er veldig begeistret over å se at beregningene våre bekreftet materialvalget og den eksperimentelle SOT-observasjonen.»
– Artikkelens medforfatter Seungjun Lee, postdoktor i ECE
Studien har altså funnet at Ni4W er et lovende ukonvensjonelt SOT-materiale for energieffektive spintroniske enheter. Å være billig å produsere, kan den finne dens utbredt bruk i enheter som telefoner as vel som datasentre, noe som gjør fremtidens elektronikk både smartere og mer bærekraftig.
I de neste stegene vil teamet vokse disse materialene inn i en enhet, mindre enn deres tidligere arbeid.
Investering i minneteknologi
micron Technology (MU ), en ledende aktør innen DRAM-, NAND- og minneløsninger med høy båndbredde, investerer tungt i neste generasjons minne, som HBM, for AI-arbeidsbelastninger. I fremtiden kan vi forvente at selskapet vil integrere nye løsninger, som spintronisk eller SOT-basert minne, når de blir kommersielt levedyktige.
micron Technology (MU )
Med et marked lokk på 126.7 milliarder dollar, handles MU-aksjer for tiden til 112.78 dollar, up 34.54 % så langt i år. Den har en EPS (TTM) på 5.52 og en P/E (TTM) på 20.53. Utbytteavkastningen som aksjonærene kan oppnå er 0.41 %.
Når det gjelder selskapets økonomiske stilling, rapporterte det en omsetning på 9.30 milliarder dollar for tredje kvartal av regnskapsåret 2025, som ble avsluttet 29. mai 2025. Dette representerer en økning på 15.5 % fra forrige kvartal og en økning på 36.5 % fra samme periode i fjor.
(MU )
GAAP-nettoinntekten for perioden var 1.89 milliarder dollar, eller 1.68 dollar per utvannet aksje, og ikke-GAAP-nettoinntekten var 2.18 milliarder dollar, eller 1.91 dollar per utvannet aksje. Kontantstrømmen fra driften økte også til 4.61 milliarder dollar.
Micron avsluttet kvartalet med 12.22 milliarder dollar i kontanter, omsettelige investeringer og bundne kontanter.
Rekordinntektene, bemerket administrerende direktør Sanjay Mehrotra, ble drevet av rekordhøye DRAM-inntekter, inkludert nesten 50 % sekvensiell vekst i HBM-inntekter. Inntekter fra datasentre nådde også rekord i kvartalet, mens forbrukerorienterte sluttmarkeder registrerte sterk sekvensiell vekst.
«Vi er på vei til å levere rekordinntekter med solid lønnsomhet og fri kontantstrøm i regnskapsåret 2025, samtidig som vi foretar disiplinerte investeringer for å bygge videre på vår teknologiske ledelse og produksjonsekspertise for å møte den økende etterspørselen etter AI-drevet minne.»
– Administrerende direktør Sanjay Mehrotra
midt alt dette, annonserte selskapet at HBM3E 36 GB 12-høy-tilbudet vil bli integrert inn i AMDs neste generasjonn GPU-er (Instinct™ MI350-serien), kritisk for trening av store AI-modeller og håndtering av komplekse HPC-arbeidsbelastninger som data pprosessering og beregningsmodellering.
Micron annonserte også en amerikansk ekspansjonsplan på 200 milliarder dollar som inkluderer innenlandsk minneproduksjon og FoU, som er forventet å skape 90,000 275 direkte og indirekte arbeidsplasser. Samtidig fullførte den en direkte finansiering på XNUMX millioner dollar i CHIPS-loven.
Siste nytt og utvikling for Micron Technology (MU)-aksjer
Avsluttende tanker om fremtiden for minneteknologi
Minneteknologi fortsetter å utvikle seg og omforme grunnlaget for moderne databehandling. Fra faseendringsinnovasjoner til spintroniske gjennombrudd lover alle disse fremskrittene raskere, mer energieffektive og skalerbare løsninger for AI, stordata og neste generasjons forbrukerelektronikk.
Den siste oppdagelsen av Ni₄W-legering, med sin feltfrie magnetiseringsbryting, kan vise seg å være banebrytende. Den bygger bro mellom kostnadseffektivitet og høyytelsesminneløsninger, og potensielt bane vei for en utbredt bruk av spin-orbit-momentminne i vanlig elektronikk i de kommende årene.
Klikk her for en liste over de beste ikke-silisium-datamaskinselskapene.
Referanser:
1. Modi, G.; Parate, SK; Kwon, C.; Han, SH; Kim, Y.; Wang, X.; Lee, S.; Wu, L.; Kwon, J.; Kim, K.; Zhang, Y.; Milliron, DJ; Duerloo, K.-AN; Kim, MJ; Jeong, Y.; Park, J. Elektrisk drevet langtrekkende faststoffamorfisering i ferroisk In₂Se₃. Natur, 635, 847–853 (2024). Publisert på nett 6. november 2024. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08156-8
2. Ozawa, K.; Nagase, Y.; Katsumata, M.; Shigematsu, K.; Azuma, M. Elektrisk feltkontroll av den magneto-optiske effekten i et gjennomsiktig perovskittoksid. ACS-anvendte materialer og grensesnitt, 16 (16), 20930–20936 (2024). Publisert på nett 24. april 2024. https://doi.org/10.1021/acsami.4c01232
3. Itoh, T.; Shigematsu, K.; Das, H.; Meisenheimer, P.; Maeda, K.; Lee, K.; Manna, M.; Reddy, SP; Susarla, S.; Stevenson, P.; Ramesh, R.; Azuma, M. Elektrisk feltdrevet reversering av ferromagnetisme i (110)-orienterte, enfasede, multiferroiske kosubstituerte BiFeO₃-tynne filmer. Avanserte materialer, publisert på nett 28. april 2025, e2419580. https://doi.org/10.1002/adma.202419580
4. Kim, I.–J.; Lee, J.–S.; … Lee, J.–S. Låse opp store minnevinduer og 16-nivås data-per-celle-minneoperasjoner i Hafnia-baserte ferroelektriske transistorer. Vitenskap Fremskritt, publisert på nett 7. juni 2024, 10 (23): eadn1345. https://doi.org/10.1126/sciadv.adn1345
5. Gupta, R.; Bouard, C.; Kammerbauer, F.; Ledesma-Martín, J. O.; Bose, A.; Kononenko, I.; Martin, S.; Usé, P.; Jakob, G.; Drouard, M.; Kläui, M. Utnytter Orbital Hall Effect i Spin-Orbit Torque MRAM. Nature Communications, 16, 130 (2025). Mottatt 18. september 2024; Godkjent 12. desember 2024; Publisert 2. januar 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55437-x
6. Goto, T.; Onbaşli, M. C.; Ross, C. A. Magnetooptiske egenskaper til ceriumsubstituerte yttriumjerngranatfilmer med redusert termisk budsjett for monolittiske fotoniske integrerte kretser. Optikkekspress, 20 (27), 28507–28517 (2012). Mottatt 24. oktober 2012; Revidert 20. november 2012; Godkjent 21. november 2012; Publisert på nett 10. desember 2012. https://doi.org/10.1364/OE.20.028507
7. Pintus, P.; Dumont, M.; Shah, V.; Murai, T.; Shoji, Y.; Huang, D.; Moody, G.; Bowers, J. E.; Youngblood, N. Integrert ikke-resiprok magnetooptikk med ultrahøy utholdenhet for fotonisk minnedatabehandling. Nature Photonics, 19, 54–62 (2025). Mottatt 18. januar 2024; Godkjent 14. september 2024; Publisert 23. oktober 2024. https://doi.org/10.1038/s41566-024-01549-1
8. Yang, Y.; Lee, S.; Chen, Y.C.; Jia, Q.; Dixit, B.; Sousa, D.; Odlyzko, M.; Garcia-Barriocanal, J.; Yu, G.; Haugstad, G.; Fan, Y.; Huang, Y.H.; Lyu, D.; Cresswell, Z.; Liang, S.; Benally, O.J.; Lav, T.; Wang, J.P. Stort spinnbanemoment med flerdireksjonelle spinnkomponenter i Ni₄W. Avanserte materialer, publisert på nett 15. mai 2025, e2416763. https://doi.org/10.1002/adma.202416763
