Magnetische Speicherchips werden schneller

Wissenschaftler der Physikalischen-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig haben eine Methode entwickelt, mit der die neuen Speicherchips MRAM (Magnetic Random Access Memory) beschleunigt werden können. Im Gegensatz zu den bisherigen Computerspeicherchips DRAM und SRAM können MRAM Informationen auch dann speichern, wenn zwischenzeitlich der Strom abgestellt wird. Ihr Nachteil: Sie hinken in der Geschwindigkeit den alten Chips hinterher.

Das Forscherteam rund um Hans Werner Schumacher von der PTB hat nun eine Lösung gefunden, die Performance der „denkenden“ Chips zu erhöhen. Mit Hilfe einer „ballistischen Methode“ werden die einzelnen Bits gezielter als bisher angesteuert. So können die Zugriffszeiten laut Schumacher auf weniger als 500 Pikosekunden (ps) gesenkt werden und MRAM zukünftig in der Taktrate mit den schnellsten flüchtigen Speicherbauteilen, den SRAM, konkurrieren.

Kernidee der so genannten „ballistischen Bitansteuerung“ ist es, die zur Programmierung dienenden Magnetimpulse so geschickt zu wählen, dass die anderen Zellen im MRAM so gut wie gar nicht magnetisch angeregt werden. Der Puls sorgt dafür, dass die Magnetisierung einer zu schaltenden Zelle eine halbe Präzisionsdrehung (180 Grad) vollführt, während eine Zelle, deren Speicherzustand unverändert bleiben soll, eine volle Präzisionsdrehung (360 Grad) beschreibt. In beiden Fällen ist die Magnetisierung nach Abklingen des Magnetimpulses im Gleichgewichtszustand und es treten keine magnetischen Anregungen mehr auf.

Diese optimale Bitansteuerung funktioniert mit extrem kurzen Schaltimpulsen von unter 500 ps Dauer. Somit liegen die maximalen Taktraten des MRAM über zwei GHz. Zusätzlich ist es möglich, mehrer Bits gleichzeitig zu programmieren, wodurch die effektive Schreibrate pro Bit nochmals gesteigert werden könnte. Damit können nun erstmals nichtflüchtige Speicherbausteine gebaut werden, die in der Taktrate mit den schnellsten flüchtigen Speicherbausteinen, den SRAM, konkurrieren können.