[科普中国]-赛道内存

赛道内存是IBM正在开发一种新的内存，利用磁性纳米管中的原子来存储信息，且读写信息的速度比闪存快10万倍。这种内存比今天使用的硬盘与闪存更快速，更可靠。

概述赛道内存（英语：Racetrack memory），又称磁畴壁内存（domain-wall memory，DWM），一种实验中的非挥发性内存，由IBM所属的阿尔马登研究中心（Almaden Research Center）研发，研发小组由IBM院士斯图尔特·帕金（Stuart Parkin）领导。在2002年开始研发，2008年已做出3位元版本。它的资料储存密度比现有的快闪存储器（flash memory）还高，与现有的硬盘技术接近，可以作为通用型内存（Universal memory）使用。

赛道内存是IBM正在开发一种新的内存，利用磁性纳米管中的原子来存储信息，且读写信息的速度比闪存快10万倍。IBM称，这种内存比今天使用的硬盘与闪存更快速，更可靠。赛道内存是一种固态内存，结合了闪存的优点，象没有转动部件，还结合了硬盘的稳定与耐久性。赛道内存利用磁性纳米管中无数的原子来存储数据。无需原子移动，电流会会沿着U形管平滑的读写数据，耗费的时间不到十亿分之一秒。1

性能特点赛道内存每通过一个晶体管可以读出16位数据，因此读写信息的速度比闪存快10万倍。在硬盘中，一个晶体管可以读取1位数据，闪存可以达到2到4位数据，而赛道内存中一个晶体管可以读取更多位的信息。

赛道内存仍然处于研究的初期。这种概念在4到5年前首次出现，IBM希望它能够在未来几年内用这一技术提供TB级别的存储。我们将花2到4年时间研究出一种原型产品，4年以后，我们可能演示成品，然后开始生产。赛道内存没有运动部件，因此它从本质上来讲是不会破损的，这一点和闪存不同，闪存的读写使用寿命为1万次。赛道内存使用原子来存储数据，因此比硬盘或闪存更耐久。1

工作原理赛道基本原理，磁畴壁赛道内存，Parkin博士及其同事描述了如何利用磁畴在磁性材料柱“赛道”上来存储信息，这些赛道垂直或水平排列在硅圆表面。磁畴壁随后在柱体的内部形成，描绘出沿赛道反方向被磁化的区域。每个畴都拥有一个“头”（正或北极）和一个“尾”（负或南极）。赛道上连续的磁畴壁在“头对头”和“尾对尾”之间交替配置。磁畴壁之间的间距（即位长）由沿赛道配置的钉扎点（pinning site）进行控制。

科学家描述了使用水平镍铁导磁合金（permalloy）纳米线来实现磁畴壁的连续创建、移动和侦测，为此他们使用了纳秒时长可控的自旋极化电流脉冲。磁畴壁的写入和转移周期只有数十纳秒。这些结果展现了磁移位寄存器的基本理念，利用自旋动量转移现象来移动一系列紧密相连的磁畴壁，在移动磁畴壁中存储信息已拥有数十年的历史，而此次的创新无疑是对该技术的全新利用。2

速度更快研究人员希望最终演化成三维赛道，构建出新颖的三维赛道内存设备，这种设备转型自传统的硅元素微电子设备和硬盘驱动器中常见的二维晶体管及磁数据位阵列。实现三维构建的赛道内存将不遵从于摩尔定律，并将为开发成本更低、速度更快的设备提供新的可能性。

赛道内存体现了金属自旋电子学领域的最新进展。读取数据的自旋阀头可将过去十年中所使用的硬盘驱动器的存储容量提高一千倍；MTJ因拥有更高的电场强度而正在逐渐取代自旋阀。另外，MTJ还是现代MRAM的基础，这项技术使用一个电极的磁矩来存储一个数据位。而MRAM使用一个单独的MTJ元件来存储和读取一个数据位，硬盘驱动器使用一个自旋阀或MTJ传感元件来读取一个现代驱动器中约100GB的数据，而赛道内存则是使用一个传感设备来读取10到100个数据位。2

容量巨增由IBM院士Stuart Parkin先生及IBM Almaden研究中心同事共同研发的一种名为“赛道”内存的技术基础原理以及该技术发展过程中的一项极具里程碑意义的成果。该成果可使得电子设备在同样的空间内存储远多于今天的数据，同时拥有闪电般的启动速度、低得多的成本以及前所未有的稳定性和耐久性。未来的十年内，赛道内存（因数据延线“道”运动而命名）可使得固态电子设备——由于没有运动部件因此更加耐用，能够在同样的空间内容纳远多于如今的数据。例如，这项技术可使得MP3播放器这样的手持设备存储大约50万首歌曲或3500部电影——容量是当今的100倍，而成本和能耗却低得多。这些设备不仅能够在同样的空间内存储更多的信息，而且其所需的电量及产生的热量也要少得多，同时几乎不会损坏。其结果是海量的个人存储内容仅使用一块电池便可运行几个星期，而且这些内容几十年也不用担心损坏。

目前存储数字信息的方式主要有两种——固态随机闪存存储器和磁性硬盘驱动器。虽然这两种类型的存储设备均发展迅猛，但在硬盘驱动器上存储一个数据位的成本仍比闪存便宜约100倍。另一方面，尽管硬盘驱动器的低成本极具吸引力，但由于此类设备固有的低速度，以及采用运动部件，因此存在着机械可靠性问题，而闪存技术还未发现这类问题。由于赛道内存没有运动部件，并且不是存储全部的电子电荷，而是利用电子的“旋转”来存储数据，因此并没有可能产生磨损的器件，所以可以无数次地重写而不会耗损。2

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学