Yeni Nesil Manyetik RAM: SOT-RAM Sorunları Çözülüyor

Yeni kuşak bir manyetik bellek tipi olan SOT-RAM, elektronikte ultra düşük güç tüketiminin yolunu açmak üzere hazırlanıyor. Bu tahlil her ne kadar yararlı olsa da çeşitli zorlukları da beraberinde getiriyor. Tokyo Bilim Üniversitesi’nden bilim insanları, SOT-RAM’lerde okuma süreci sırasında güvenliği tehlikeye atan bir sorun belirlediler.

Neyse ki husus üzerinde çalışan bilim insanları, SOT-RAM yapısında birtakım değişiklikler yaparak bu sorunları büyük ölçüde azaltacak kimi yollar buldular. Değişimler bu cins belleklerin daha süratli ve daha muteber olmasına ve sürdürülebilir IoT uygulamalarının ticarileştirilmesine yardımcı olacak.

Nesnelerin İnterneti (IoT) çağının başlamasıyla birlikte birçok araştırmacı, ilgili teknolojilerin birçoklarını daha sürdürülebilir hale getirmeye odaklandı. “Green IoT” yaklaşımı, objelerin interneti için büsbütün güç verimliliği üzerine ağırlaşıyor. Araştırmacılar, green IoT amacına ulaşmak için klâsik elektroniklerin yapı taşlarından kimilerinin uygunlaştırılması yahut radikal bir halde değiştirilmesi için çalışmalar yürütüyor. Birebir vakitte bu eserler sırf süratli değil, tıpkı vakitte daha güç 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.

Bir manyetik RAM’deki her bellek hücresi, iki manyetik katmanın manyetik istikametinin birbirine eşit yahut zıt olmasına bağlı olarak ya ‘1’ ya da ‘0’ kıymetiyle depolanıyor. Çeşitli manyetik RAM cinsleri mevcut. Lakin bunlar temel olarak bellek hücresine yazma süreci sırasında manyetik katmanların manyetik istikametini değiştirme konusunda farklılık gösteriyor.

Spin Transfer Torque RAM (STT-RAM), halihazırda ticarileştirilmekte olan bir manyetik bellek tipi. Öte yandan daha da düşük yazma akımları ve daha yüksek güvenilirlik elde etmek için Spin Orbit Torque RAM (SOT-RAM) ismi verilen yeni bir manyetik bellek çeşidi etkin olarak araştırılmakta.

SOT-RAM’de dönüş-yörünge etkileşimlerinden yararlanarak yazma akımı büyük ölçüde azaltılabiliyor, bu da güç tüketimini aşağı çekiyor. Ayrıyeten bellek okuma ve yazma akımı yolları farklı olduğundan, araştırmacılar başlangıçta saklanan bedellerdeki muhtemel bozulmaların okuma yahut yazma sırasında da küçük olacağını düşündüler. Ne yazık ki sonrasında durumun bu türlü olmadığı ortaya çıktı.

Japonya’daki Tokyo Bilim Üniversitesi’nden araştırmacılar, 2017’de SOT-RAM’lerin depolanmış bir pahası okurken ek bir düzensizlikle karşılaştığını bildirdi. Klasik SOT-RAM’lerde okuma akımı aslında yazma akımının yolunun bir kısmını paylaşmakta. Bir bedel okunurken, okuma süreci Spin Hall tesiri nedeniyle istikrarsız akımlar üretiyor. Sonuç olarak SOT-RAM’lerde okuma fonksiyonu daha inançsız ve kararsız hale geliyor.

Prof. Kawahara ve meslektaşları, bu sorunu çözmek için yakın vakitte IEEE Transactions on Magnetics‘te yayınlanan diğer bir çalışma yürüttüler. Grup, SOT-RAM’ler için bu yeni okuma bozukluğu kaynağını geçersiz kılabilecek yeni bir okuma prosedürü buldu. Elhasıl, takımın fikirleri yepyeni SOT-RAM yapısını çift taraflı bir okuma yolu oluşturacak formda değiştirme tekniğini temel alıyor. Bir bedel okunurken okuma akımı manyetik katmanlardan birebir anda iki zıt istikamette seyrediyor. Buna noktada her iki tarafta üretilen dönüş akımlarının ürettiği manyetik bozulmalar birbirini etkisiz hale getiriyor.

Bellek okuma sorunlarındaki ana kaynağın ardındaki teoriyi güçlendirmeye ek olarak, araştırmacılar önerilen tekniklerinin aktifliğini doğrulamak için bir dizi simülasyon gerçekleştirdiler. Manyetik katmanlar ve çeşitli aygıt halleri için üç farklı tipte ferromanyetik materyal test ettiler. Prof. Kawahara’nın belirttiği üzere sonuçlar çok olumluydu:

Önerilen usulün SOT-RAM’deki klâsik okuma yoluna kıyasla tüm gereç parametreleri ve aygıt geometrileri için okuma bozukluğunu en az 10 kat azalttığını doğruladık.

Araştırma grubu, gerçek bir SOT-RAM’de kullanılacak dizi tiplerinin performansını test etti. Bu testler kıymetli zira bir dizi yapısındaki okuma yolları her bir bellek hücresinin pozisyonuna bağlı olarak kusursuz halde dengelenmez. Sonuçlar, yaklaşık 1.000 bellek hücresini birbirine bağlarken bile okuma sıkıntılarını düşürmenin mümkün olduğunu gösteriyor. Takım artık daha fazla sayıda entegre hücreye ulaşmak için tekniklerini geliştirmeye çalışıyor.

Bu çalışma, ferdî bilgisayarlardan ve taşınabilir aygıtlardan büyük ölçekli sunuculara kadar düşük güçlü elektronikte yeni bir çağın yolunu açabilir. Elde ettiği sonuçlardan mutlu olan Prof. Kawahara şunları söylüyor:

Yeni kuşak SOT-RAM’lerin mevcut STT-RAM’lerden çok daha düşük yazma akımları kullanmasını ve bunun da kıymetli ölçüde güç tasarrufu sağlamasını bekliyoruz. Çalışmamızın sonuçları, ticarileştirilmeleri için gerekli olacak olan SOT-RAM’lerin ticarileştirilmesi için gerekli olan doğal meselelerinden birinin çözülmesine yardımcı olacak.