[科普中国]-磁畴壁内存

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。

简介在Racetrack存储技术中，通过一系列的Magnetic Domain-Wall(磁畴壁)的电子自旋方向，磁畴壁是一群自旋方向相同的电子的集合，图中有4个磁畴壁，其中上面的两个和下面左边一个的电子自旋方向相同，而最后一个磁畴壁的电子自旋方向则相反。

随着一个在赛道内存中移动磁性信息的全新机制被开发能把磁畴壁做得更小，甚至可小50倍，因此内存内的磁畴壁能被紧密组合在一起，在相同的电流下移动速度更高。相比如今的主流存储，在容量、成本和性能多方面都有着优势，IBM更是在08年宣称这项存储的更新在10年内完成。

特点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。然而，闪存虽然读取数据速度很快，但写入数据速度慢，并且寿命有限使得面临一定考验。而IBM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，因此并不产生磨损的器件，理论上可以无数次地重写而无损耗。

相比传统硬盘易发热，有噪音，怕震动等问题，IBM自研发赛道内存技术以来，一直争取在10年内把传统硬盘淘汰。尽管创新固态硬盘有取代硬盘的趋势，但由于成本昂贵，更为低廉且能耗低的Racetrack更有可能取代硬盘。

原理磁畴壁内存(DWM)是一种非挥发性内存，利用自旋阀调节电流沿着约200纳米长、100纳米厚的高导磁合金(nanoscopic permalloy)线移动磁畴；当电流通过线路时，磁畴经过邻近的磁性读写头，藉由磁畴的改变来记录位。

利用自旋极化电流与磁畴壁中电子磁矩之间的交互作用，在磁畴壁中产生一种自旋转移矩(spin transfer torque)，从而令其移动。将赛道垂直或水平排列在硅圆表面，形成赛道存储列阵。每个赛道存储集合芯片上有上百万甚至上亿万的的单个赛道。此项技术能以较小的功耗做到数据的高速读取，更增加了Racetrack存储取代当今硬盘的砝码。1

发展分析磁畴壁内存视为取代硬盘机以及固态盘的潜力存储技术，但Parkin则表示IBM赛道内存除了取代硬盘也能取代DRAM等一般内存，能让系统更精简、功耗更低。IBM研发的赛道内存技术是“内存”、非“存储技术”，该技术有取代硬盘机与NAND闪存的潜力，解决固态硬盘常见的电流泄漏与使用极限等常见问题，提供更佳的耐久性以及更好的可扩充性。

但对于磁畴壁内存技术的商用来讲，如果未来该技术被证实可行并能走出实验室，将带来比现有内存技术更高的速度与储存容量。

此外，该技术一个优势可能在于其制程技术不至于像3D NAND那么复杂，但还有其他许多新兴内存技术也在研发中，有的甚至可追溯至1980年代，赛道内存现阶段需要投资工程技术与整合制程，以打造新一代垂直式磁化机制的原型，未来才能达成容量密度的目标。

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学