Neustart ohne Wartezeit

  • 22. September 2003



Das oft langsame Hochfahren des Computers wird zuweilen als „Bill Gates Gedenkminute“ bezeichnet. Doch das könnte bald ein Ende haben. IBM und Infineon präsentierten Anfang Juni einen neuen Speicherchip, der das Laden von Programmen und das Starten des Rechners erheblich beschleunigen soll. Der MRAM-Chip kodiert Bits und Bytes in der magnetischen Orientierung der Ladungsträger (siehe Abb.). Im Jahr 2005 soll der neue Chip auf den Markt kommen.

Die MRAM-Technologie soll die Vorteile herkömmlicher Speichertechnologien vereinen (MRAM steht für Magnetic Random Access Memory). Weit verbreitet sind bislang statische RAMs und dynamische RAMs in Computern sowie Festspeicher (Flash Memory) als transportable Speicher für Digitalkameras und MP3-Player. In einem statischen RAM werden die Bits durch Flip-Flop-Schaltungen kodiert. Für ein Bit sind vier bis sechs Transistoren notwendig. Dieses Konzept macht statische RAMs schnell – aber aufgrund des Platzbedarfs auch teuer. Statische RAMs werden daher meist nur in der CPU-Einheit des Rechners eingesetzt.

In einem magnetischen RAM werden die Bits im Elektronenspin kodiert. Die Spinpolarisierung in der oberen ferromagnetischen Schicht hängt von der Stromrichtung in der Top-Elektrode ab. Nach dem Ausschalten des Computers bleibt die Polarisierung erhalten. Ausgelesen wird das Bit mittels eines Tunnelstroms durch die Sandwichstruktur. (Quelle: IBM)


Wer eine Speichererweiterung für seinen Rechner kauft, erhält dagegen meist ein dynamisches RAM. In diesem Baustein wird ein Bit durch das Aufladen eines Miniaturkondensators auf „1“ gesetzt. Der Kondensator und der Transistor für die Ansteuerung brauchen wenig Platz. Der Nachteil: dynamische RAMs müssen mehrere tausend mal pro Sekunde wieder aufgefrischt werden. Das verbraucht Strom und kostet Zeit.
Festspeicher, die gerade als USB-Sticks mit mehr als hundert Megabyte Kapazität populär werden, speichern Informationen durch Deposition von Elektronen an einer isolierenden Oxidschicht. Sie benötigen keine externe Energieversorgung. Allerdings lassen sie sich nur etwa 100000-mal beschreiben und wieder auslesen – genug für die Digitalkamera, zu wenig für den PC.

Die neuen MRAMs von IBM und Infineon sollen so schnell wie statische RAMs sein, die Speicherdichte von DRAMs haben und sich wie Festspeicher quasi instantan auslesen lassen. In einem magnetischen RAM wird die digitale Information im Spin der Elektronen kodiert. Jedes Bit besteht aus ferromagnetischen Schichten, die durch eine isolierende Schicht getrennt sind (siehe Abb.) Die Spinpolarisierung lässt sich durch die Stromrichtung in der Top-Elektrode steuern. Nach dem Ausschalten des Computers bleibt die Polarisierung erhalten. Ausgelesen wird das Bit, indem man eine Spannung an die Sandwichstruktur legt. Je nach Ausrichtung der Spins misst man einen charakteristischen „Tunnelmagnetowiderstand“.

Der Chip, den IBM und Infineon Anfang Juni auf einer Fachtagung in Kyoto vorstellten, beruht auf Halbleiterstrukturen mit Abmessungen von 180 Nanometer. Für ein Bit reichte eine Fläche von 1,4 Quadratmikrometern. In Kyoto wurde ein Modul mit 128 Kilobit präsentiert, das als Basis künftiger MRAM-Speicher dienen soll. Das Speichermodul ließ sich unbeschadet 680 Millionen Mal beschreiben und wieder auslesen.

Das MRAM-Prinzip ist zwar schon länger bekannt. IBM und Infineon ist es nun jedoch gelungen, Speichereinheit und Logik für die Ansteuerung platzsparend zu integrieren.

Max Rauner

Quelle: Physik Journal, Juli/August 2003, S. 14

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