Yeni nesil bir manyetik bellek türü olan SOT-RAM, elektronikte ultra düşük güç tüketiminin yolunu açmak üzere hazırlanıyor. Bu çözüm her ne kadar faydalı olsa da çeşitli zorlukları da beraberinde getiriyor. Tokyo Bilim Üniversitesi’nden bilim insanları, SOT-RAM’lerde okuma işlemi sırasında güvenliği tehlikeye atan bir sorun belirlediler.
Neyse ki konu üzerinde çalışan bilim insanları, SOT-RAM yapısında bazı değişiklikler yaparak bu problemleri büyük ölçüde azaltacak bazı yöntemler buldular. Değişimler bu tür belleklerin daha hızlı ve daha güvenilir olmasına ve sürdürülebilir IoT uygulamalarının ticarileştirilmesine yardımcı olacak.
Nesnelerin İnterneti (IoT) çağının başlamasıyla birlikte birçok araştırmacı, ilgili teknolojilerin çoğunu daha sürdürülebilir hale getirmeye odaklandı. “Green IoT” yaklaşımı, nesnelerin interneti için tamamen enerji verimliliği üzerine yoğunlaşıyor. Araştırmacılar, green IoT hedefine ulaşmak için geleneksel elektroniklerin yapı taşlarından bazılarının iyileştirilmesi veya radikal bir şekilde değiştirilmesi için çalışmalar yürütüyor. Aynı zamanda bu ürünler yalnızca hızlı değil, aynı zamanda daha enerji verimli hale gelmeli. Bu mantık doğrultusunda, dünya çapında birçok bilim insanı şu anda ultra düşük güç elektroniğine odaklanacak yeni manyetik RAM’ler (rastgele erişimli bellek) geliştirmek ve bunu ticarileştirmek için çalışıyor.
Manyetik RAM Nasıl Çalışıyor?
Bir manyetik RAM’deki her bellek hücresi, iki manyetik katmanın manyetik yönünün birbirine eşit veya zıt olmasına bağlı olarak ya ‘1’ ya da ‘0’ değeriyle depolanıyor. Çeşitli manyetik RAM türleri mevcut. Ancak bunlar esas olarak bellek hücresine yazma işlemi sırasında manyetik katmanların manyetik yönünü değiştirme konusunda farklılık gösteriyor.
Spin Transfer Torque RAM (STT-RAM), halihazırda ticarileştirilmekte olan bir manyetik bellek türü. Öte yandan daha da düşük yazma akımları ve daha yüksek güvenilirlik elde etmek için Spin Orbit Torque RAM (SOT-RAM) adı verilen yeni bir manyetik bellek türü aktif olarak araştırılmakta.
SOT-RAM’de dönüş-yörünge etkileşimlerinden yararlanarak yazma akımı büyük ölçüde azaltılabiliyor, bu da güç tüketimini aşağı çekiyor. Ayrıca bellek okuma ve yazma akımı yolları farklı olduğundan, araştırmacılar başlangıçta saklanan değerlerdeki olası bozulmaların okuma veya yazma sırasında da küçük olacağını düşündüler. Ne yazık ki sonrasında durumun böyle olmadığı ortaya çıktı.
Manyetik RAM’deki Sorunu Düzeltmek
Japonya’daki Tokyo Bilim Üniversitesi’nden araştırmacılar, 2017’de SOT-RAM’lerin depolanmış bir değeri okurken ek bir düzensizlikle karşılaştığını bildirdi. Geleneksel SOT-RAM’lerde okuma akımı aslında yazma akımının yolunun bir kısmını paylaşmakta. Bir değer okunurken, okuma işlemi Spin Hall etkisi nedeniyle dengesiz akımlar üretiyor. Sonuç olarak SOT-RAM’lerde okuma işlevi daha güvensiz ve kararsız hale geliyor.
Prof. Kawahara ve meslektaşları, bu sorunu çözmek için yakın zamanda IEEE Transactions on Magnetics‘te yayınlanan başka bir çalışma yürüttüler. Ekip, SOT-RAM’ler için bu yeni okuma bozukluğu kaynağını geçersiz kılabilecek yeni bir okuma yöntemi buldu. Kısacası, ekibin fikirleri orijinal SOT-RAM yapısını çift yönlü bir okuma yolu oluşturacak şekilde değiştirme tekniğini temel alıyor. Bir değer okunurken okuma akımı manyetik katmanlardan aynı anda iki zıt yönde seyrediyor. Buna noktada her iki tarafta üretilen dönüş akımlarının ürettiği manyetik bozulmalar birbirini etkisiz hale getiriyor.
Bellek okuma problemlerindeki ana kaynağın arkasındaki teoriyi güçlendirmeye ek olarak, araştırmacılar önerilen yöntemlerinin etkinliğini doğrulamak için bir dizi simülasyon gerçekleştirdiler. Manyetik katmanlar ve çeşitli cihaz şekilleri için üç farklı tipte ferromanyetik malzeme test ettiler. Prof. Kawahara’nın belirttiği gibi sonuçlar çok olumluydu:
“Önerilen yöntemin SOT-RAM’deki geleneksel okuma yoluna kıyasla tüm malzeme parametreleri ve cihaz geometrileri için okuma bozukluğunu en az 10 kat azalttığını doğruladık.”
Araştırma ekibi, gerçek bir SOT-RAM’de kullanılacak dizi türlerinin performansını test etti. Bu testler önemli çünkü bir dizi yapısındaki okuma yolları her bir bellek hücresinin konumuna bağlı olarak mükemmel şekilde dengelenmez. Sonuçlar, yaklaşık 1.000 bellek hücresini birbirine bağlarken bile okuma sorunlarını düşürmenin mümkün olduğunu gösteriyor. Ekip şimdi daha fazla sayıda entegre hücreye ulaşmak için yöntemlerini geliştirmeye çalışıyor.
Bu çalışma, kişisel bilgisayarlardan ve taşınabilir cihazlardan büyük ölçekli sunuculara kadar düşük güçlü elektronikte yeni bir çağın yolunu açabilir. Elde ettiği sonuçlardan memnun olan Prof. Kawahara şunları söylüyor:
“Yeni nesil SOT-RAM’lerin mevcut STT-RAM’lerden çok daha düşük yazma akımları kullanmasını ve bunun da önemli ölçüde güç tasarrufu sağlamasını bekliyoruz. Çalışmamızın sonuçları, ticarileştirilmeleri için gerekli olacak olan SOT-RAM’lerin ticarileştirilmesi için gerekli olan doğal sorunlarından birinin çözülmesine yardımcı olacak.“
