IBM賽道內存或將取代硬盤、SSD

早在08年，IBM就在開發一種新的內存技術，取名為“賽道內存”，利用磁性納米管中的原子來存儲信息，且讀寫速度比閃存快10萬倍，比硬盤更快速，更可靠。盡管該項技術具有里程碑的意義，IBM賽道內存(Racetrack)在性能上有很強表現，但至今該技術卻一直沒走出IBM的實驗室。

“賽道內存”這種新內存技術的命名發布，是由IBM院士Stuart Parkin博士，同時也是IBM-史丹佛大學自旋電子科學與應用中心總監自2002年就開始研發。08年已經成功開發出3位版本的賽道內存，這項研究達6年之久的Racetrack新技術，旨在取代IBM發明的硬盤。第一顆采用90納米CMOS制程的整合式賽道內存原型誕生于2012年，能執行讀/寫與移動磁疇的功能。

在Racetrack存儲技術中，通過一系列的Magnetic Domain-Wall（磁疇壁）的電子自旋方向，磁疇壁是一群自旋方向相同的電子的集合，圖中有4個磁疇壁，其中上面的兩個和下面左邊一個的電子自旋方向相同，而最后一個磁疇壁的電子自旋方向則相反。

隨著一個在賽道內存中移動磁性信息的全新機制被開發能把磁疇壁做得更小，甚至可小50倍，因此內存內的磁疇壁能被緊密組合在一起，在相同的電流下移動速度更高。相比如今的主流存儲，在容量、成本和性能多方面都有著優勢，IBM更是在08年宣稱這項存儲的更新在10年內完成。

盡管硬盤驅動器的低成本極具吸引力，但由于此類設備固有的低速度，以及采用運動部件，因此存在著機械可靠性問題，而閃存技術還未發現這類問題。然而，閃存雖然讀取數據速度很快，但寫入數據速度慢，并且壽命有限使得面臨一定考驗。

而IBM賽道內存沒有運動部件，并且不是存儲全部的電子電荷，而是利用電子的“旋轉”來存儲數據，因此并不產生磨損的器件，理論上可以無數次地重寫而無損耗。

IBM“賽道內存”技術優勢何在？

相比傳統硬盤易發熱，有噪音，怕震動等問題，IBM自研發賽道內存技術以來，一直爭取在10年內把傳統硬盤淘汰。盡管創新固態硬盤有取代硬盤的趨勢，但由于成本昂貴，更為低廉且能耗低的Racetrack更有可能取代硬盤。

賽道內存技術原理

據了解，賽道內存是一種非揮發性內存，又稱為磁疇壁內存(DWM)，利用自旋閥調節電流沿著約200納米長、100納米厚的高導磁合金(nanoscopic permalloy)線移動磁疇；當電流通過線路時，磁疇經過鄰近的磁性讀寫頭，藉由磁疇的改變來記錄位。

利用自旋極化電流與磁疇壁中電子磁矩之間的交互作用，在磁疇壁中產生一種自旋轉移矩(spin transfer torque)，從而令其移動。將賽道垂直或水平排列在硅圓表面，形成賽道存儲列陣。每個賽道存儲集合芯片上有上百萬甚至上億萬的的單個賽道。此項技術能以較小的功耗做到數據的高速讀取，更增加了Racetrack存儲取代當今硬盤的砝碼。

賽道內存技術讀寫說明

分析認為，賽道內存視為取代硬盤機以及固態盤的潛力存儲技術，但Parkin則表示IBM賽道內存除了取代硬盤也能取代DRAM等一般內存，能讓系統更精簡、功耗更低。IBM研發的賽道內存技術是“內存”、非“存儲技術”，該技術有取代硬盤機與NAND閃存的潛力，解決固態硬盤常見的電流泄漏與使用極限等常見問題，提供更佳的耐久性以及更好的可擴充性。

但對于賽道內存技術的商用來講，如果未來該技術被證實可行并能走出實驗室，將帶來比現有內存技術更高的速度與儲存容量。

此外，該技術一個優勢可能在于其制程技術不至于像3D NAND那么復雜，但還有其他許多新興內存技術也在研發中，有的甚至可追溯至1980年代，賽道內存現階段需要投資工程技術與整合制程，以打造新一代垂直式磁化機制的原型，未來才能達成容量密度的目標。