Toshiba wprowadzi nieulotne pamięci magnetyczne do CPU, zmniejszając zużycie energii o 60%

Toshiba pochwaliła się nowym typem pamięci podręcznejSTT-MRAM, który jeśli znajdzie zastosowanie w mikroprocesorachstosowanych w sprzęcie mobilnym, doprowadzi do zmniejszenia zużyciaprzez nie energii o nawet 60%, a w konsekwencji sporego wydłużeniaczasu pracy na bateriach. Szczegóły tej technologii mają byćprzedstawione podczas odbywającego się właśnie w Honolulusympozjum VLSI Technology and Circuits.

To nie jest trywialne osiągnięcie. Pamięci podręcznemikroprocesora (L1, L2, czasem L3) od lat korzystają z ulotnejpamięci SRAM, która za swoją szybkość (czasy dostępu liczone wpojedynczych nanosekundach) płaci zużyciem energii – na tylewysokim, że jak twierdzą inżynierowie Toshiby, upływowa mocpamięci podręcznej L2 odpowiada za 80% zużycia energii przezprocesor.

Nieulotna pamięć STT-MRAM (spin transfer torquemagnetoresistive random access memory – pamięć wykorzystującamoment magnetyczny transferu spinu), którą Toshiba chciałabyzastąpić pamięć SRAM, wykorzystuje komórki magnetyczne doprzechowywania danych, które mogą być szybko modyfikowane spinowosprzężonymi elektronami. Podejmowano już wcześniej próbywykorzystania pamięci MRAM innych rodzajów, ale nie przyniosło toniczego ciekawego: MRAM było zbyt powolne (czasy zapisu na poziomieDRAM, tj. ok. 30 ns), a przyspieszenie wiązało się znieproporcjonalnie dużym wzrostem zużycia energii i wzrostemodsetka błędnie zapisanych komórek, czyniąc całą zabawęnieopłacalną.

Japończykom udało się w końcu opracować nowy typ obwodów,będący hybrydą rozwiązań stosowanych w pamięciach SRAM i DRAM,który nie tylko ogranicza upływ energii, ale też zwiększaintensywność sygnałów, a co za tym idzie, polepsza czas dostępu.Według przedstawionych danych, w STT-MRAM czas odczytu zostałzmniejszony do 4,1 ns, a zapisu do 2,1 ns – poziomówporównywalnych ze SRAM. Nowa pamięć dysponuje też naprawczymtrybem działania, pozwalającym wyróżnić bit, który spowodowałbłąd i poprawić go. W ten sposób udało się zmniejszyć liczbębłędów o 90%, do poziomu porównywalnego ze SRAM.

Nie wiemy jeszcze, jakie są wady nowego typu pamięci –informacja Toshiby o niczym takim nie wspomina. Być może ich poprostu nie ma. Jeśli uda się opracować produkcję STT-MRAM naskalę przemysłową, to można powiedzieć, że japońska firmatrafiła na żyłę złota. Nawet jeśli zastosowania ograniczą siętylko do pamięci podręcznych procesorów, to oznacza to, że wbliskiej przyszłości możemy zobaczyć wydajne procesory mobilne,takie jak Tegra K1 Nvidii, które pod maksymalnym obciążeniemzużywają 5-6 W. Toshiba jednak nie wyklucza, że nowe nieulotnepamięci mogłyby znaleźć zastosowanie także w innych komponentachkomputerów, zastępując pamięć DRAM czy pamięć dyskówpółprzewodnikowych (SSD).