Nichtflüchtiger Speicher auf Nanofäden Was ist Racetrack Memory / Racetrack-Speicher?

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Fsas Technologies GmbH

Racetrack Memory ist eine maßgeblich am IBM-Forschungszentrum Almaden entwickelte Technologie für nichtflüchtigen Speicher. Die Informationen werden magnetisch auf Nanofäden gespeichert, die U-förmig um die Kanten von Silizium-Chips gelegt sind. Die Speichertechnologie bietet hohe Speicherdichten und Schreib-/Lesegeschwindigkeiten. Sie hat das Potenzial, aktuelle Speicher- und Memory-Technologien zu ersetzen. Racetrack Memory hat aber nach wie vor experimentellen Charakter und ist kommerziell noch nicht nutzbar.

Racetrack Memory ist ein Konzept für eine nichtflüchtige, magnetoelektronische Speichertechnologie, die maßgeblich von Stuart Parkin, einem Experimentalphysiker, am IBM-Forschungszentrum Almaden entwickelt wurde. Parkin arbeitet seit Anfang der 2000er-Jahre an diesem Speicherkonzept und ist seit 2014 Direktor am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle. 2008 wurde ein erster Prototyp eines Speichers mit Racetrack Memory vorgestellt.

Den Namen hat die Speichertechnologie von den U-förmig um Silizium-Chips gelegten Nanodrähten, auf denen die Informationen magnetisch gespeichert werden. Die Nanodrähte haben die Form einer Rennstrecke. Die Speichertechnologie ermöglicht hohe Speicherdichten bei niedrigen Zugriffszeiten und hat das Potenzial, aktuelle Speichertechnologien wie SSDs mit Flash-basiertem Speicher oder HDDs zu ersetzen. Auch Arbeitsspeicher (Memory) lässt sich prinzipiell mit Racetrack Memory als Ersatz von beispielsweise statischem RAM (SRAM) oder DRAM realisieren.

Trotz der mittlerweile rund zwanzigjährigen Erforschung und Entwicklung der Technologie befindet sie sich nach wie vor in einem eher experimentellen Status. Einen nennenswerten kommerziellen Einsatz von Racetrack Memory gibt es nicht.

Prinzipielle Funktionsweise eines Racetrack-Speichers

Die Racetrack-Memory-Technologie speichert Daten in Form von magnetisierten Abschnitten (Domänen) auf ferromagnetischen Nanodrähten. Die Drähte sind U-förmig um die Kanten von Silizium-Chips gelegt und lassen sich für hohe Speicherdichten dreidimensional anordnen. Sie können zwischen 10 und 100 Bit an Information je Draht aufnehmen. Mithilfe von kontrolliert an die Drähte angelegten elektrischen Strömen lassen sich die magnetischen Domänen verschieben und in hoher Geschwindigkeit (100 Meter pro Sekunde und mehr) entlang der Nanofäden bewegen.

Zum Lesen und Schreiben der Daten werden die magnetischen Abschnitte seriell an feststehenden Zugriffs-Ports der Silizium-Chips vorbeigeführt. Das Prinzip ist ähnlich der Datenspeicherung auf einem Magnetband, mit dem Unterschied, dass keine beweglichen Teile notwendig sind. Aufgrund der hohen Bewegungsgeschwindigkeiten der Daten auf den Nanodrähten sind niedrige Zugriffszeiten im Nanosekundenbereich möglich.

Vor- und Nachteile der Racetrack-Speichertechnologie

• hohe Speicherdichten realisierbar (bei dreidimensionaler Anordnung der Nanodrähte bis zu 100-facher Speicherdichte heutiger Flash-Speicherkarten),

• niedrige Zugriffszeiten im einstelligen Nanosekundenbereich und hohe Schreib-/Lesegeschwindigkeiten,

• keine beweglichen Teile und keine mechanische Abnutzung,

• keine Alterungserscheinungen wie bei Flash-Speicher,

• hohe Energieeffizienz im Betrieb,

• niedrige Kosten in der Herstellung.

Als Nachteile lassen sich aufführen:

• befindet sich noch in der Erforschung und in einem eher experimentellen Status,

• bisher nur Prototypen verfügbar,

• äußere Magnetfelder können die gespeicherten Informationen beeinflussen,

• nach wie vor kein nennenswerter kommerzieller Einsatz der Technologie.

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