IBMs revolutionärer Racetrack-Speicher steht vor der Verwirklichung

Forscher der IBM Labs haben einen entscheidenden Durchbruch erzielt. Der nächste Schritt könnte ein Prototyp sein. Racetrack verspricht schnellere, kleinere, robustere und stromsparende Speicherkomponenten für kommende Computer.

von Jan Kaden und Lance Whitney am 24. Dezember 2010 , 13:41 Uhr

Racetrack-Speicher (Bild: IBM)

Forscher von IBM Labs haben einen großen Fortschritt bei der Konstruktion eines neuen Speichertyps mit dem Namen Racetrack (deutsch „Rennbahn“) erzielt. In einem Aufsatz für Science Magazine zeigen sie, dass Racetrack-Speicher, der kleiner, schneller und stromsparender als aktuelle Speichertypen sein soll, physikalisch machbar ist. ZDNet hat mit Stuart Parkin, dem Forschungsleiter, über das IBM-Projekt gesprochen.

Laut Parkin können Computerhersteller dank Racetrack-Speicher in Zukunft Laptops, Smartphones und andere Geräte mit beträchtlich mehr Speicher auf gleichem oder weniger Raum bauen als bisher. Racetrack benötige obendrein viel weniger Strom und vertrage im Unterschied zu Flash-Speicher eine unendliche Zahl von Lese- und Schreiboperationen. Flash-Speicher sei im Vergleich langsam und müsse nach einer bestimmten Zahl von Lese- und Schreibzugriffen ausgetauscht werden.

„Die Anwender würden es deutlich merken, dass ihre iPhones schneller werden“, sagte Parkin. „Der Akku würde länger halten. Sie könnten auch viel komplexere und aufwendigere Berechnungen durchführen, weil mit diesem Speichertyp superschnelle Datenzugriffe und -manipulationen möglich sind.“

Racetrack hat den Namen „Rennbahn“ bekommen, weil die Daten auf Nanodrähten, tausendmal dünner als ein menschliches Haar, bewegt werden. Sie sind dabei in magnetischen Regionen gespeichert, die „Domänen“ heißen. Unter Ausnutzung des Spins einzelner Elektronen rasen die Daten mit mehreren Hundert Stundenkilometern über die Nanodrähte und halten atomgenau an einer bestimmten Stelle auf dem jeweiligen Draht. Auf diese Weise können in Milliardstel Sekunden große Datenmengen gespeichert oder ausgelesen werden.

Die IBM-Forscher untersuchen Racetrack bereits seit sechs Jahren theoretisch. Im aktuellen Bericht zeigen sie, dass man die Domänengrenzen auf den Nanodrähten exakt positionieren kann. Außerdem haben sie die Zeiten und die Distanzen bei der Bewegung von Domänengrenzen gemessen. Dadurch, dass die Forscher diese Bewegungen jetzt besser verstehen, ist Racetrack nicht mehr nur eine Theorie, sondern eine reale technische Möglichkeit.

Vor zwei Jahren waren die Wissenschaftler noch mit der Manipulation einzelner Datenbits beschäftigt. Jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der Spintronik, die sich mit dem Spin von Elektronen befasst, hätten die Bewegung von Datenbits auf den Nanodrähten ermöglicht, erklärte Parkin.

Die nächste Herausforderung für IBM ist jetzt die Herstellung von Prototypen. Die Schwierigkeit liegt darin, dass Racetrack ein völlig neues Feld bei der Speicherarchitektur eröffnet, für das eine andere Physik und andere Materialien benötigt werden. Parkin sieht die Hauptfrage darin, wie man Milliarden von Nano-Rennbahnen in einen Speicherbaustein integrieren und auf einen Wafer bringen kann. Das ist nötig, um die neue Speicherbausteine mit vertretbaren Kosten produzieren zu können.

„Dafür werden erhebliche Investitionen notwendig sein“, erklärte Parkin. „Solche Entwicklungsschritte können lange dauern. Immerhin sind wir bereits in die Entwicklungsphase eingetreten, so dass es bei der schnellen Entwicklung eines Prototyps mehr darum geht, wo wir solche beträchtlichen Gelder herbekommen.“