28/11/2014 - Progrès dans les systèmes de stockage de données, les mémoires magnétiques plus efficaces et rapides

Menéame

Enquêteurs Université de Salamanque ont publié un article dans la prestigieuse revue scientifique Scientific Reports qui pourrait être un progrès pour un nouveau type de mémoire magnétique dénommées Racetrack, qui sont encore en phase expérimentale mais qui permettraient de fabriquer à l’avenir des ordinateurs plus rapides, avec plus de capacité de stockage de l’information et moins coûteux que les ordinateurs actuels.

L’apport du Département de physique appliquée l’institution académique salamantine a été d’introduire des nouveautés dans sa conception et de tester son efficacité par des simulations informatiques.

Le Groupe de travailSimulation de Nanostructures Magnétiques (SINAMAG) étudie le comportement de dispositifs composés d’un matériau magnétique d’une taille nanométrique ou micrométrique. Parmi ces dispositifs, on peut citer les mémoires magnétiques, mais il y a aussi des capteurs magnétiques utilisés dans la biotechnologie pour séquencer l’ADN ou détecter les protéines et les dispositifs produisant des signaux de radiofréquence. D’une manière générale, le domaine des nanotechnologies a d’innombrables applications et une grande partie d’entre elles utilisent des matériaux magnétiques. Le travail de cette équipe de recherche est de faire des simulations de comportement de ces dispositifs et a réussi à être pointeur dans ce domaine parce qu’elle a développé l’un des codes de simulation les plus puissants du marché, comme ils expliquent DiCYT ses membres.

Pour ce faire, ils utilisent des cartes graphiques spécialisées dans le calcul scientifique, GPU, qui fonctionnent de manière très différente des processeurs classiques d’un ordinateur normal. Les chercheurs l’expliquent en disant qu’un CPU est comme un cuisinier expert: il fait très bien un travail complexe mais il prend beaucoup de temps. Au contraire, un GPU, c’est comme avoir des centaines d’enfants qui aident dans la cuisine: beaucoup de tâches simples peuvent leur être confiées et la production sera très grande; le seul problème est de les organiser, c’est-à-dire de programmer.

Cette tâche est appelée "paralléliser" et le code de simulation paralysé "peut être jusqu'à 100 fois plus rapide que le code séquentiel," de sorte que si une simulation peut prendre jusqu'à cent jours, le même travail est maintenant achevé en 24 heures. Ce logiciel a été développé conjointement avec les informaticiens GoParallel S.L., spin-off du groupe de recherche basé dans le parc scientifique de l’Université de Salamanque, qui commercialise le code au niveau international.

Récemment, ce groupe de l’Université de Salamanque s’est concentré sur l’étude des possibilités d’un nouveau type de mémoire magnétique appelé Racetrack Memory, qui n’a pas de parties mécaniques et qui est basé sur le déplacement de domaines magnétiques. Les disques durs fonctionnent en tournant vers une série de révolutions et, en ayant des parties mécaniques, au bout de quelques années, ils sont endommagés et cessent de fonctionner correctement. Cependant, l’idée de ce nouveau type de mémoires magnétiques est de se passer des parties mécaniques. Le code de quelques zéros utilisé dans le langage informatique serait écrit dans des structures magnétiques qui se déplacent par courant électrique.

"Ce que nous proposons, c’est que les structures magnétiques où l’information va soient des skyrmions," qui sont comme des "bulles magnétiques" qui se déplacent en entrant le courant électrique dans le dispositif. Ainsi, les uns et les zéros pourraient se déplacer à de très grandes vitesses et, étant donné qu’un skyrmion a une taille d’environ 10 nanomètres, la capacité de ces nouvelles mémoires serait énorme.

Quatre scénarios pour la conception de mémoires Racetrack basées sur des skyrmions

(Source Image: Scientific Reports)

Solution aux problèmes de mémoire Racetrack

La nouveauté apportée par le travail publié dans Scientific Reports est la description de la façon dont ces skyrmions se comporteraient: leur rapidité, leur capacité de stockage de l’information ou la façon dont les courants seraient introduits. " D’un point de vue théorique, les skyrmions viennent résoudre la plupart des problèmes que les mémoires Racetrack auraient," note Eduardo Martínez.

Jusqu'à présent, les modèles expérimentaux de mémoire Racetrack qui ont été construits utilisent des objets appelés "parcs de domaine" au lieu de skyrmions. Dans ces modèles, le courant est conduit par le matériau magnétique, qui est chauffé, et certains murs ont une taille de 100 nanomètres, 10 fois plus, de sorte que l’énergie serait perdue plus et la capacité de stockage de l’information serait 10 fois inférieure. En outre, ces mémoires murales sont "très sensibles aux défauts de fabrication, de sorte que vous pourriez construire deux dispositifs qui sont en théorie égaux mais qui ne se comportent pas à la fin de la même façon " pointent les experts.

Du point de vue physique, les nouvelles avancées ont des conséquences importantes pour la fabrication des dispositifs. Jusqu'à présent, on pensait que la direction de rotation de la magnétisation d’un domaine adjacent n’avait aucune préférence, mais on a constaté que les propriétés magnétiques dépendent également des matériaux non magnétiques sur lesquels coule le courant. Selon les caractéristiques de la nano-structure, il y a une préférence à ce que les tours de magnétisation soient dans le sens des aiguilles d’une montre ou à l’envers. Cette propriété est appelée kyralité et est présente dans d’autres aspects de la nature, y compris dans les molécules d’ADN. Connaissant ce facteur, " vous comprenez comment gérer ces structures et cela suppose de pouvoir gérer l’appareil ," explique Luis Torres.

Simulations avant fabrication

" Dans l’article, nous examinons les propriétés des skyrmion afin de concevoir des dispositifs d’enregistrement magnétique aussi efficaces que possible ," note Eduardo Martínez.

"Nous réalisons des simulations pour que d’autres puissent fabriquer les composants," dit Luis Torres. La simulation préalable permet d’analyser les matériaux, dimensions et géométries appropriés, de sorte que vous pouvez vérifier leur fonctionnement et vous économisez du temps et de l’argent.

Par exemple, "en fonction du matériau sur lequel vous construisez la bande qui abrite le skyrmion, vous pouvez optimiser sa vitesse et réduire le courant avec lequel vous pouvez obtenir des vitesses très élevées." De plus, le skyrmion aura également des structures différentes selon le matériau non magnétique sur lequel il est fabriqué. L’article qui vient de paraître " étudie les scénarios possibles pour voir ce qui est le plus approprié pour la conception d’une mémoire magnétique basée sur les skyrmions ."

Les disques durs qui viennent

Si cette technologie s’améliore, des disques durs plus rapides, capables d’accueillir une densité d’informations formidable et, faute de pièces mécaniques, seraient pratiquement inépuisables. Le problème, c’est que pour généraliser son utilisation, "il faudrait changer le paradigme de l’enregistrement magnétique."

Cependant, il y a des précédents très récents qui donnent à penser que tout est possible dans un domaine de la technologie qui évolue de façon vertigineuse. C’est le cas pour les mémoires magnétiques à accès aléatoire STT-MRAM: " Nous les avons étudiées depuis le début et il y a quatre ou cinq ans, il semblait qu’elles n’auraient pas atteint le marché parce qu’elles sont plus chères, mais en ce moment elles sont déjà dans presque tous les processeurs Intel ou Toshiba parce qu’ils sont plus rapides et consomment moins" dit Luis Torres.

Référence bibliographique

A strategy for the design of skyrmion racetrack memories. R. Tomasello, E. Martinez, R. Zivieri, L. Torres, M. Carpentieri & G. Finocchio. Scientific Reports 4, Article number: 6784. doi: 10.1038/srep06784

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José Pichel Andrés/DICYT

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