रेसट्रैक मेमोरी

रेसट्रैक मेमोरी या डोमेन-वॉल मेमोरी (DWM) भौतिक विज्ञानी स्टुअर्ट पार्किन के नेतृत्व में एक टीम द्वारा आईबीएम के अल्माडेन रिसर्च सेंटर में विकास के तहत एक प्रयोगात्मक गैर-वाष्पशील मेमोरी डिवाइस है। 2008 की शुरुआत में, एक 3-बिट संस्करण सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया गया था। यदि इसे सफलतापूर्वक विकसित किया जाना था, तो रेसट्रैक मेमोरी, फ्लैश मेमोरी जैसे तुलनीय ठोस-अवस्था मेमोरी उपकरणों की तुलना में कंप्यूटर स्टोरेज घनत्व अधिक प्रदान करेगी।

विवरण
रेसट्रैक मेमोरी लगभग 200 एनएम के आर-पार और 100 एनएम मोटे नैनोस्कोपिक permalloy तार के साथ चुंबकीय डोमेन को स्थानांतरित करने के लिए एक स्पिन (भौतिकी)-संगत विद्युत प्रवाह का उपयोग करती है। जैसे ही तार के माध्यम से करंट पास किया जाता है, डोमेन तार के पास स्थित चुंबकीय रीड/राइट हेड्स से गुजरते हैं, जो डोमेन को बिट्स के पैटर्न को रिकॉर्ड करने के लिए बदल देते हैं। एक रेसट्रैक मेमोरी डिवाइस ऐसे कई तारों और पढ़ने/लिखने वाले तत्वों से बना होता है। सामान्य परिचालन अवधारणा में, रेसट्रैक मेमोरी 1960 और 1970 के दशक की पिछली बुलबुला स्मृति  के समान है। विलंब-रेखा स्मृति, जैसे कि 1940 और 1950 के दशक की पारा विलंब रेखाएँ, समान तकनीक का अभी भी पहले का रूप है, जैसा कि UNIVAC और EDSAC कंप्यूटरों में उपयोग किया जाता है। बबल मेमोरी की तरह, रेसट्रैक मेमोरी एक सब्सट्रेट और पिछले पढ़ने/लिखने वाले तत्वों के माध्यम से चुंबकीय डोमेन के अनुक्रम को आगे बढ़ाने के लिए विद्युत धाराओं का उपयोग करती है।  spintronic   चुंबकत्व  सेंसर के विकास के आधार पर चुंबकीय पहचान क्षमताओं में सुधार, बहुत अधिक बिट घनत्व प्रदान करने के लिए बहुत छोटे चुंबकीय डोमेन के उपयोग की अनुमति देता है।

उत्पादन में, यह अपेक्षित था कि तारों को लगभग 50 एनएम तक छोटा किया जा सकता है। रेसट्रैक मेमोरी के लिए दो व्यवस्थाओं पर विचार किया गया। सबसे सरल एक ग्रिड में व्यवस्थित फ्लैट तारों की एक श्रृंखला थी जिसमें पढ़ने और लिखने वाले शीर्ष पास में व्यवस्थित थे। एक अधिक व्यापक रूप से अध्ययन की गई व्यवस्था में यू-आकार के तारों को एक अंतर्निहित सब्सट्रेट पर रीड/राइट हेड्स के ग्रिड पर लंबवत रूप से व्यवस्थित किया गया है। यह तारों को इसके 2डी क्षेत्र को बढ़ाए बिना अधिक लंबा होने की अनुमति देता है, हालांकि अलग-अलग डोमेन को तारों के साथ आगे ले जाने की आवश्यकता होती है इससे पहले कि वे रीड/राइट हेड्स तक पहुंचते हैं, परिणाम धीमे यादृच्छिक अभिगम समय में होते हैं। दोनों व्यवस्थाओं ने समान थ्रूपुट प्रदर्शन की पेशकश की। निर्माण के मामले में प्राथमिक चिंता व्यावहारिक थी; बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए तीन आयामी ऊर्ध्वाधर व्यवस्था संभव होगी या नहीं।

अन्य मेमोरी उपकरणों की तुलना
2008 में अनुमानों ने सुझाव दिया कि रेसट्रैक मेमोरी यादृच्छिक बिट को पढ़ने या लिखने के लिए 20-32 ns के क्रम में प्रदर्शन की पेशकश करेगी। यह हार्ड डिस्क ड्राइव के लिए लगभग 10,000,000 एनएस या पारंपरिक डीआरएएम के लिए 20-30 एनएस की तुलना में है। प्राथमिक लेखकों ने लगभग 9.5 एनएस के जलाशय के उपयोग के साथ पहुंच समय को बेहतर बनाने के तरीकों पर चर्चा की। जलाशय के साथ या उसके बिना सकल प्रवाह क्षमता, रेसट्रैक मेमोरी के लिए 250-670 Mbit/s के क्रम में होगी, जबकि एकल DDR3 DRAM के लिए 12800 Mbit/s, उच्च-प्रदर्शन हार्ड ड्राइव के लिए 1000 Mbit/s, और 1000 Mbit/s की तुलना में फ्लैश मेमोरी उपकरणों के लिए 4000 Mbit/s। रेसट्रैक मेमोरी पर एक स्पष्ट विलंबता लाभ की पेशकश करने वाली एकमात्र मौजूदा तकनीक 0.2 एनएस के क्रम में, लेकिन उच्च लागत पर स्टेटिक रैंडम एक्सेस मेमोरी थी। लगभग 140 F के सेल क्षेत्र के साथ लगभग 45 एनएम (2011 तक) का बड़ा फीचर आकार F 2।

रेसट्रैक मेमोरी कई उभरती प्रौद्योगिकियों में से एक है, जिसका उद्देश्य डीआरएएम और फ्लैश जैसी पारंपरिक यादों को बदलना है, और संभावित रूप से विभिन्न प्रकार की भूमिकाओं के लिए एक सार्वभौमिक मेमोरी डिवाइस की पेशकश करता है। अन्य दावेदारों में मैग्नेटोरेसिस्टिव रैंडम-एक्सेस मेमोरी (MRAM), चरण-परिवर्तन स्मृति (PRAM) और फेरोइलेक्ट्रिक रैम (FeRAM) शामिल हैं। इनमें से अधिकांश प्रौद्योगिकियां फ्लैश मेमोरी के समान घनत्व प्रदान करती हैं, ज्यादातर मामलों में बदतर होती हैं, और उनका प्राथमिक लाभ फ्लैश मेमोरी में लिखने-धीरज की सीमा की कमी है। फ़ील्ड-एमआरएएम 3 एनएस एक्सेस समय के रूप में उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदान करता है, लेकिन इसके लिए बड़े 25-40 F² सेल आकार की आवश्यकता होती है। यह एसआरएएम प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग देख सकता है, लेकिन मास स्टोरेज डिवाइस के रूप में नहीं। इनमें से किसी भी डिवाइस से उच्चतम घनत्व PCRAM द्वारा पेश किया जाता है, जिसमें लगभग 5.8 F² का सेल आकार होता है, जो फ्लैश मेमोरी के समान होता है, साथ ही लगभग 50 ns के आसपास काफी अच्छा प्रदर्शन होता है। फिर भी, इनमें से कोई भी समग्र रूप से, विशेष रूप से घनत्व में रेसट्रैक मेमोरी के साथ प्रतिस्पर्धा करने के करीब नहीं आ सकता है। उदाहरण के लिए, 50 एनएस रेसट्रैक मेमोरी डिवाइस में लगभग पांच बिट्स को संचालित करने की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप पीसीएम के प्रदर्शन-घनत्व उत्पाद से आसानी से 20/5=4 एफ² का एक प्रभावी सेल आकार होता है। दूसरी ओर, बिट घनत्व का त्याग किए बिना, वही 20 F² क्षेत्र 2.5 2-बिट 8 F² वैकल्पिक मेमोरी सेल (जैसे प्रतिरोधी रैम (आरआरएएम) या एमआरएएम|स्पिन-टॉर्क ट्रांसफर एमआरएएम) में फिट हो सकता है, जिनमें से प्रत्येक व्यक्तिगत रूप से ज्यादा काम करता है तेज (~10एनएस)।

ज्यादातर मामलों में, मेमोरी डिवाइस किसी भी स्थान पर एक बिट स्टोर करते हैं, इसलिए उनकी तुलना आमतौर पर सेल आकार, एक बिट को स्टोर करने वाले सेल के संदर्भ में की जाती है। सेल आकार स्वयं एफ² की इकाइयों में दिया जाता है, जहां एफ सुविधा आकार डिजाइन नियम जांच है, जो आम तौर पर धातु रेखा की चौड़ाई का प्रतिनिधित्व करता है। फ्लैश और रेसट्रैक दोनों प्रति सेल कई बिट्स स्टोर करते हैं, लेकिन तुलना अभी भी की जा सकती है। उदाहरण के लिए, हार्ड ड्राइव लगभग 650 nm²/bit की सैद्धांतिक सीमा तक पहुँचते हुए दिखाई देते हैं, मुख्य रूप से चुंबकीय सतह के विशिष्ट क्षेत्रों को पढ़ने और लिखने की क्षमता से परिभाषित किया गया है। DRAM का सेल आकार लगभग 6 F² है, SRAM 120 F² पर बहुत कम घना है। NAND फ्लैश मेमोरी वर्तमान में व्यापक उपयोग में गैर-वाष्पशील मेमोरी का सबसे सघन रूप है, जिसमें लगभग 4.5 F² का सेल आकार है, लेकिन 1.5 F² के प्रभावी आकार के लिए प्रति सेल तीन बिट संग्रहीत करता है। प्रभावी 4.75 F² पर NOR फ़्लैश मेमोरी थोड़ी कम घनी होती है, जो 9.5 F² सेल आकार पर 2-बिट संचालन के लिए लेखांकन करती है। वर्टिकल ओरिएंटेशन (यू-आकार) रेसट्रैक में, प्रति सेल लगभग 10-20 बिट संग्रहीत होते हैं, जिसका स्वयं का भौतिक आकार कम से कम लगभग 20 F² होगा। इसके अलावा, ट्रैक पर अलग-अलग स्थानों पर बिट्स को पढ़ने/लिखने वाले सेंसर द्वारा एक्सेस करने में अलग-अलग समय लगेगा (~10 से ~1000 ns, या 10 ns/bit), क्योंकि ट्रैक एक निश्चित दर पर डोमेन को स्थानांतरित करेगा पठन/लेखन सेंसर से ~100मी/से.

विकास की चुनौतियाँ
शुरुआती प्रायोगिक उपकरणों की एक सीमा यह थी कि चुंबकीय डोमेन को केवल तारों के माध्यम से धीरे-धीरे धकेला जा सकता था, जिससे उन्हें सफलतापूर्वक स्थानांतरित करने के लिए माइक्रोसेकंड के आदेश पर वर्तमान दालों की आवश्यकता होती थी। यह अप्रत्याशित था, और मोटे तौर पर हार्ड ड्राइव के बराबर प्रदर्शन का कारण बना, भविष्यवाणी की तुलना में 1000 गुना धीमा। हाल के शोध ने तारों की क्रिस्टल संरचना में सूक्ष्म खामियों के लिए इस समस्या का पता लगाया है जिसके कारण डोमेन इन खामियों पर अटक गए। डोमेन के बीच की सीमाओं को सीधे चित्रित करने के लिए एक्स-रे माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हुए, उनके शोध में पाया गया कि इन खामियों के अनुपस्थित होने पर डोमेन दीवारों को दालों द्वारा कुछ नैनोसेकंड के रूप में छोटा किया जाएगा। यह लगभग 110 मी/से के मैक्रोस्कोपिक प्रदर्शन के अनुरूप है। डोमेन को रेसट्रैक के साथ चलाने के लिए आवश्यक वोल्टेज तार की लंबाई के समानुपाती होगा। डोमेन दीवारों को धक्का देने के लिए वर्तमान घनत्व पर्याप्त रूप से उच्च होना चाहिए (जैसा कि इलेक्ट्रोमाइग्रेशन में)। उच्च धारा घनत्व (>10.) की आवश्यकता से रेसट्रैक प्रौद्योगिकी के लिए एक कठिनाई उत्पन्न होती है8 ए/सेमी²); 30 एनएम x 100 एनएम क्रॉस-सेक्शन के लिए >3 एमए की आवश्यकता होगी। परिणामी पावर ड्रा अन्य मेमोरी के लिए आवश्यक से अधिक हो जाता है, उदाहरण के लिए, स्पिन-ट्रांसफर टॉर्क मेमोरी (एसटीटी-रैम) या फ्लैश मेमोरी।

रेसट्रैक मेमोरी से जुड़ी एक अन्य चुनौती स्टोचैस्टिक प्रकृति है जिसमें डोमेन दीवारें चलती हैं, यानी वे चलती हैं और यादृच्छिक स्थिति में रुक जाती हैं। नैनोवायर के किनारों पर खांचे बनाकर इस चुनौती को दूर करने का प्रयास किया गया है। शोधकर्ताओं ने डोमेन दीवारों को सटीक रूप से पिन करने के लिए कंपित नैनोवायरों का भी प्रस्ताव दिया है। प्रायोगिक जांच से पता चला है कंपित डोमेन वॉल मेमोरी की प्रभावशीलता। हाल ही में शोधकर्ताओं ने संरचना संशोधन के माध्यम से चुंबकीय गुणों के स्थानीय मॉडुलन जैसे गैर-ज्यामितीय दृष्टिकोण प्रस्तावित किए हैं। एनीलिंग प्रेरित प्रसार जैसी तकनीकें और आयन-आरोपण उपयोग किया जाता है।

यह भी देखें

 * विशाल चुंबकत्व (जीएमआर) प्रभाव
 * मैग्नेटोरेसिस्टिव रैंडम-एक्सेस मेमोरी (एमआरएएम)
 * स्पिंट्रोनिक्स
 * स्पिन ट्रांजिस्टर

बाहरी संबंध

 * Redefining the Architecture of Memory
 * IBM Moves Closer to New Class of Memory (YouTube video)
 * IBM Racetrack Memory Project