Worldlex Wiki En production, on prévoyait de réduire la taille des pistes à environ 50 nm. Deux configurations ont été envisagées pour la mémoire à pistes. La plus simple consistait en une série de pistes plates disposées en grille, avec des têtes de lecture/écriture à proximité. Une configuration plus étudiée utilisait des pistes en forme de U, disposées verticalement au-dessus d'une grille de têtes de lecture/écriture sur un substrat sous-jacent. Cela permettait d'allonger considérablement les pistes sans augmenter leur surface bidimensionnelle, même si la nécessité de déplacer les domaines individuels plus loin le long des pistes avant qu'ils n'atteignent les têtes de lecture/écriture entraînait des temps d'accès aléatoire plus longs. Les deux configurations offraient des performances de débit similaires. La principale préoccupation en termes de construction était d'ordre pratique : la faisabilité de la production en série de cette configuration verticale tridimensionnelle était-elle envisageable ?
Comparaison avec d'autres dispositifs de mémoire
Les projections de 2008 indiquaient que la mémoire à pistes offrirait des performances de l'ordre de 20 à 32 ns pour la lecture ou l'écriture d'un bit aléatoire. À titre de comparaison, un disque dur nécessitait environ 10 millions de ns , et la DRAM classique entre 20 et 30 ns . Les principaux auteurs ont étudié des méthodes permettant d'améliorer les temps d'accès grâce à l'utilisation d'un « réservoir », pour atteindre environ 9,5 ns. Le débit agrégé, avec ou sans réservoir, serait de l'ordre de 250 à 670 Mbit/s pour la mémoire à pistes, contre 12 800 Mbit/s pour une seule barrette de DRAM DDR3, 1 000 Mbit/s pour les disques durs hautes performances et 1 000 à 4 000 Mbit/s pour les mémoires flash. La seule technologie actuelle offrant un gain de latence significatif par rapport à la mémoire à pistes était la SRAM , de l'ordre de 0,2 ns, mais à un coût plus élevé. Taille de caractéristique plus grande « F » d'environ 45 nm (en 2011) avec une surface de cellule d'environ 140 F 2 .
La mémoire à pistes (ou mémoire « racetrack memory ») fait partie des technologies émergentes visant à remplacer les mémoires conventionnelles telles que la DRAM et la mémoire Flash, et à offrir potentiellement un dispositif de mémoire universel applicable à une grande variété d'applications. Parmi les autres technologies candidates figurent la mémoire vive magnétorésistive (MRAM), la mémoire à changement de phase (PCRAM) et la mémoire vive ferroélectrique (FeRAM). La plupart de ces technologies offrent des densités similaires à celles de la mémoire Flash, voire inférieures dans la plupart des cas, et leur principal avantage réside dans l'absence de limites d'endurance en écriture, contrairement à la mémoire Flash. La Field-MRAM offre d'excellentes performances, avec un temps d'accès pouvant atteindre 3 ns, mais nécessite une cellule de grande taille (25 à 40 F²). Elle pourrait être utilisée comme alternative à la SRAM, mais pas comme dispositif de stockage de masse. La PCRAM offre les densités les plus élevées parmi ces dispositifs, avec une taille de cellule d'environ 5,8 F², similaire à celle de la mémoire Flash, ainsi que des performances relativement bonnes autour de 50 ns. Néanmoins, aucune de ces technologies ne peut rivaliser avec la mémoire à pistes, notamment en termes de densité. Par exemple, un temps de réponse de 50 ns permet de gérer environ cinq bits dans une mémoire à pistes, ce qui correspond à une taille de cellule effective de 20/5 = 4 F², dépassant largement le produit performance-densité de la mémoire à changement de phase (PCM). En revanche, sans sacrifier la densité de bits, la même surface de 20 F² pourrait accueillir 2,5 cellules de mémoire alternatives de 2 bits et de 8 F² (telles que la RAM résistive (RRAM) ou la MRAM à transfert de spin ), chacune fonctionnant individuellement beaucoup plus rapidement (environ 10 ns).
Dans la plupart des cas, les dispositifs de mémoire stockent un bit par emplacement. On les compare donc généralement en termes de « taille de cellule », une cellule contenant un bit. La taille de cellule est exprimée en F², où « F » correspond à la règle de conception de la taille des motifs , représentant généralement la largeur des lignes métalliques. Les mémoires Flash et Racetrack stockent toutes deux plusieurs bits par cellule, mais la comparaison reste possible. Par exemple, les disques durs semblent atteindre leurs limites théoriques autour de 650 nm²/bit , principalement définies par la capacité de lire et d'écrire sur des zones spécifiques de la surface magnétique. La DRAM a une taille de cellule d'environ 6 F², tandis que la SRAM est beaucoup moins dense (120 F²). La mémoire Flash NAND est actuellement la forme de mémoire non volatile la plus dense et la plus répandue, avec une taille de cellule d'environ 4,5 F², mais stockant trois bits par cellule pour une taille effective de 1,5 F². La mémoire flash NOR présente une densité légèrement inférieure, de 4,75 F² effectifs, correspondant à un fonctionnement sur 2 bits dans une cellule de 9,5 F². Dans une structure en forme de U (piste de course verticale), près de 10 à 20 bits sont stockés par cellule, dont la taille physique est d'au moins 20 F². De plus, l'accès aux bits situés à différentes positions sur la « piste » prend un temps variable (de 10 à 1 000 ns environ, soit 10 ns/bit) car la « piste » déplace les domaines à une vitesse constante d'environ 100 m/s devant le capteur.
Défis du développement
L'une des limitations des premiers dispositifs expérimentaux résidait dans la lenteur du déplacement des domaines magnétiques à travers les fils, nécessitant des impulsions de courant de l'ordre de la microseconde. Ce résultat inattendu a conduit à des performances comparables à celles des disques durs , jusqu'à 1 000 fois inférieures aux prévisions. Des recherches récentes ont attribué ce problème à des imperfections microscopiques dans la structure cristalline des fils, provoquant le blocage des domaines au niveau de ces imperfections. En utilisant un microscope à rayons X pour imager directement les frontières entre les domaines, les chercheurs ont constaté que les parois de domaines pouvaient être déplacées par des impulsions de quelques nanosecondes seulement en l'absence de ces imperfections. Ceci correspond à une performance macroscopique d'environ 110 m/s.
La tension nécessaire pour déplacer les domaines le long de la piste serait proportionnelle à la longueur du fil. La densité de courant doit être suffisamment élevée pour repousser les parois des domaines (comme dans l'électromigration ). Une difficulté majeure de la technologie des pistes réside dans la nécessité d'une densité de courant élevée (> 10⁸ A /cm² ) ; une section de 30 nm × 100 nm nécessiterait plus de 3 mA. La consommation d'énergie qui en résulte est supérieure à celle requise pour d'autres types de mémoires, comme la mémoire à transfert de spin (STT-RAM) ou la mémoire flash.
Un autre défi lié à la mémoire à pistes magnétiques réside dans la nature stochastique du mouvement des parois de domaine, c'est-à-dire leur déplacement et leur arrêt à des positions aléatoires . Des tentatives ont été faites pour surmonter ce défi en créant des encoches sur les bords du nanofil . Des chercheurs ont également proposé des nanofils décalés pour fixer précisément les parois de domaine . Des études expérimentales ont démontré l'efficacité de la mémoire à parois de domaine décalées . Plus récemment, des chercheurs ont proposé des approches non géométriques telles que la modulation locale des propriétés magnétiques par modification de la composition. Des techniques comme la diffusion induite par recuit et l'implantation ionique sont utilisées.