رم های MRAM بر خلاف رم های رایج مورد استفاده در دستگاه‌ها، نوعی حافظه‌ی غیرفرار (NVM) محسوب می‌شود. به این معنا که این رم‌ها می‌توانند داده‌های ذخیره شده را حتی در صورت قطع برق نگهداری کنند. حرف M که به ابتدای کلمه RAM اضافه شده، مخفف Magnetic به معنای مغناطیسی است. به همین دلیل به رم‌های مغناطیسی نیز معروف هستند.
MRAM ها رم‌های جدیدی نیستند و بیش از دو دهه است که در بازار وجود دارند، اما پیشرفت‌های اخیر سبب شده‌اند که مجدد این فناوری مورد توجه علاقه‌مندان قرار گیرد.
MRAM چگونه کار می‌کند؟
در بخش عملکرد، MRAM با DRAM متفاوت است که این تفاوت مربوط به پیروی از برخی فرایندهای کوانتمی در رم‌های مغناطیسی می‌شود. در تکنولوژی MRAM، رم از بار های الکتریکی برای بررسی اینکه پالس‌های نور ورودی دارای پارامتر 0 یا 1 هستند، استفاده نمی‌کند، بلکه به جای آن، از یک صفحه فلزی ساخته شده از مواد فرومغناطیسی استفاده می‌کند.
در این نوع رم، یک پوشش نازک وجود دارد که هردو صفحه را از هم جدا می‌کند و به عنوان یک لایه عایق عمل می‌کند. حالا MRAM با در نظر گرفتن جهت میدان مغناطیسی، مقدار باینری (0 یا 1) را تعیین می‌کند. یکی از صفحات فرومغناطیسی از همان ابتدا مغناطیسی باقی می‌ماند و صفحه دیگر بر اساس نیاز می‌تواند مغناطیسی بشود یا نشود. در ادامه بصورت تخصصی نحوه کارکرد رم‌های MRAM را بررسی می‌کنیم.
در ابتدا نیاز است با مفهوم تونل مغناطیسی (MJT) یا همان Magnetic Tunnel Junction آشنا شوید. ساختاری که از صفحات فرومغناطیسی و یک لایه عایق تشکیل شده است، اتصال تونل مغناطیسی (MJT) نامیده می‌شود. این موضوع تاثیر زیادی در عملکرد کلی MRAM دارد. ساختار اصلی MJT روی یک پدیده کوانتومی به نام تونل زنی الکترون کار می‌کند.
بیشتر بخوانید: استفاده از پردازنده‌های AMD در سرورهای جدید HPE
به بیان ساده، الکترون‌های یک صفحه به صفحه مقابل مهاجرت می‌کنند که این انتقال از طریق لایه عایق انجام می‌شود. از آنجایی که ضخامت لایه عایق کم است، الکترون‌ها به راحتی راه خود را به صفحه دیگر پیدا می‌کنند. عامل تعیین کننده برای رخ دادن این فرآیند، جهت گیری صفحه است.
اگر صفحات به صورت موازی جهت‌گیری شوند، فرایند MJT رخ می‌دهد و ما می‌توانیم تغییری در مقاومت الکتریکی محل اتصال مشاهده کنیم. این تغییر در نهایت به ما اطلاع می‌دهد که بیت باینری یک یا صفر است.
ویژگی‌های اصلی MRAM
تمام حافظه‌های غیرفرار (NVM) چهار ویژگی “سرعت خواندن، سرعت نوشتن، حفظ اطلاعات و عمر بالا ” را دارند. در ادامه با بررسی این ویژگی‌ها پی خواهیم برد که چرا این فناوری محبوبیت زیادی پیدا کرده است.
سرعت خواندن
سرعت خواندن (Read) اطلاعات به دلیل اینکه نحوه کنترل آن کاملا متفاوت است، شباهتی به سرعت نوشتن اطلاعات ندارد. دو عامل اصلی که باعث افزایش یا کاهش سرعت خواندن می‌شوند، مقاومت مغناطیسی و memory window هستند. اگر حالت‌های 0 و 1 حافظه از هم فاصله داشته باشند، به طوری که بیش از حد معمول باشد، فرایند خواندن در MRAM آسان می‌شود. بنابرین تقویت‌کننده بتواند به سرعت جریان را به مدار وارد کند، سرعت خواندن بیشتر خواهد شد.
سرعت نوشتن
در MRAM ها، نوشتن (Write) فرآیند ساده‌ای نیست و برای درست پیش رفتن به عوامل زیادی نیاز دارد. عامل اصلی در سرعت نوشتن این رم‌ها، نوسانات حرارتی است. برای بهبود این مورد می‌توان از مواد خاصی استفاده کرد تا دستگاه از نظر حرارتی ناپایدار باشد.
حفظ اطلاعات
یکی از ویژگی‌های اصلی در مورد MRAM ها حفظ اطلاعات و داده‌ها است که می‌توان بر اساس نیاز آن‌ها را به مدت ده ثانیه، یک دقیقه یا حتی یکسال نگهداری کرد. توسعه این ویژگی در روزهای ابتدایی آن، چالش بزرگی بر سر راه طراحان بود، زیرا دما تا 260 درجه بالا میرفت و تامین سلامت رم‌ها برای مدت طولانی بسیار دشوار بود.
عمر بالا
الکترون هایی که با استفاده از ولتاژ جا به جا می‌شود تا به صفحه مقابل برسند، باعث سایش لایه عایق می‌شود. در مورد رم‌ها نیز همین امر صدق می‌کند. بنابرین زمانی که این روند چندین بار اتفاق می افتد، خطر قابل توجهی سلامت دستگاه را تهدید می‌کند. پدیده‌ای که در حین بازنویسی اطلاعات در MRAM رخ می‌دهد، وابسته به ولتاژ است. در نتیجه می‌توانیم تنظیماتی را برای کاهش ولتاژ و افزایش طول عمر دستگاه انجام دهیم. به زبان ساده، ولتاژ کمتر به معنای استقامت بالاتر برای فناوری MRAM است.
MRAM برای چه مواردی استفاده خواهد شد؟
تکنولوژی MRAM عمدتا در زمینه اینترنت اشیا و هوش مصنوعی مورد استفاده قرار خواهند گرفت. به عنوان مثال یک کاربرد روزانه از MRAM، ثبت اطلاعات است. به عنوان مثال تگ های RFID که در بیمارستان‌ها میبینیم، داده‌های کارکنان را اسکن می‌کنند و همان را در دستگاه دیگری ثبت می‌کنند. در این مورد حداقل به دو مگابایت MRAM نیاز است تا برای ایمن‌سازی ذخیره طولانی مدت داده‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
یکی دیگر از کاربردهای فناوری MRAM در دستگاه هایی است که دیتاهای مختلفی را بررسی می‌کنند. این عملیات به سرعت بالایی نیاز دارند که می‌توان از MRAM برای آن استفاده نمود. استفاده نهایی از تکنولوژی رم مغناطیسی متعلق به دستگاه‌های مراقبتهای بهداشتی است. این دستگاه‌ها به دلیل استفاده دائم در محیط بیمارستانی به استقامت بالایی نیاز دارند. همچنین عملکرد این دستگاه‌ها نباید در برابر تشعشعات مختلف کوچک‌ترین اختلالی داشته باشد. MRAM از عهده‌ی این مورد هم به خوبی بر می‌آید و نیازها را به خوبی رفع می‌کند.
سخن پایانی
فناوری MRAM به زودی بسیاری از تولیدات جدید را در اختیار خواهد گرفت تا علاوه بر ویژگی‌های منحصر به فرد خود، سبب کاهش مصرف انرژی نیز شود. رم مغناطیسی به راحتی می‌تواند در هر بخشی جایگزین نسل‌های گذشته خود شود. قدرت بیشتر، سرعت بیشتر و استقامت عالی این تکنولوژی جدید نسبت به رم‌های موجود در بازار، در کنار مقرون به صرفه بودن و انرژی مصرفی پایین تمام آن چیزی است که در آینده‌ای نزدیک باعث حضور پر رنگ MRAM در بازار فناوری خواهد شد.
