Các nhà khoa học phát triển bộ nhớ tăng cường lưu trữ dữ liệu

Một nhóm nhà khoa học gần đây nỗ lực thực hiện các bước cần thiết để phát triển hình thức lưu trữ dữ liệu số mới: bộ nhớ racetrack dựa trên từ tính skyrmion.

Hình ảnh mô phỏng khái niệm bộ nhớ racetrack dựa trên skyrmion

Bộ nhớ racetrack là thế hệ linh kiện bộ nhớ không tự xóa, có thể mở ra khả năng tăng cường sức mạnh máy tính và góp phần tạo ra các công nghệ bộ nhớ máy tính nhỏ hơn, nhanh và sử dụng năng lượng hiệu quả hơn.

“Bộ nhớ racetrack, vốn cấu hình lại từ trường theo những cách thức sáng tạo, có thể thay thế các phương pháp lưu trữ dữ liệu hàng loạt hiện có như bộ nhớ flash và ổ đĩa. Bộ nhớ racetrack làm được điều này nhờ vào mật độ lưu trữ thông tin được cải thiện, cơ chế hoạt động nhanh hơn và mức sử dụng năng lượng thấp hơn”, Yassine Quessab, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Trung tâm Hiện tượng Lượng tử (CQP) thuộc Đại học New York (Mỹ), tác giả chính của công trình nghiên cứu mới, cho biết trên tạp chí Scientific Reports.

Đồng thời, ông Andrew Kent, Giáo sư vật lý của Đại học New York, đồng tác giả nghiên cứu, cũng nói thêm rằng “loại bộ nhớ tiên phong này có thể sẽ sớm trở thành làn sóng lưu trữ dữ liệu lớn tiếp theo”. Ngoài hai tác giả chính, nghiên cứu còn có sự góp sức của các chuyên gia từ Đại học Virginia, Đại học California San Diego, Đại học Colorado và Viện Tiêu chuẩn Công nghệ Quốc gia của Mỹ. Tất cả đều xuất phát từ mục tiêu phát triển định dạng bộ nhớ kỹ thuật số mới.

Các thiết bị ngày nay từ điện thoại thông minh, máy tính xách tay cho đến lưu trữ đám mây đều dựa vào mật độ lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số. Vì nhu cầu sẽ chỉ tăng lên trong tương lai, nên các nhà nghiên cứu đã tìm cách cải thiện công nghệ lưu trữ, tăng cường năng lực, tốc độ và giảm kích thước của chúng. Trọng tâm của nhóm nghiên cứu là “bộ nhớ racetrack dựa trên skyrmion”, một loại bộ nhớ chưa được phát triển có thể đảo ngược quá trình lưu trữ hiện có.

Nhiều nền tảng lưu trữ dữ liệu hàng loạt đang hoạt động như băng cassette cũ, đọc dữ liệu bằng cách di chuyển vật liệu (trong ví dụ này là băng) với một động cơ qua đầu đọc (trong máy cassette) sau đó giải mã thông tin ghi trên tài liệu để tái tạo âm thanh. Tuy nhiên, bộ nhớ racetrack hoạt động ngược lại, vật liệu sẽ giữ nguyên vị trí và thông tin được di chuyển qua đầu đọc mà không cần phải di chuyển các bộ phận cơ học như động cơ của thiết bị. Thông tin được mang bởi skyrmion có thể di chuyển bằng cách áp dụng một kích thích từ bên ngoài, chẳng hạn như xung điện. Skyrmion là vật thể từ tính, cấu hình ổn định xoay tròn giống như vòng xoáy, giống như được cuộn trong một quả bóng. Quả bóng này đại diện cho thông tin có thể được di chuyển nhanh chóng, cũng như được tạo và xóa bằng xung điện. Skyrmion có kích thước nhỏ, di chuyển với tốc độ cao, tiêu thụ năng lượng thấp nhờ đó giúp lưu trữ dữ liệu nhanh hơn, ở mật độ cao và tiết kiệm năng lượng.

Song, hiện vẫn còn những rào cản tồn tại đối với hình thức lưu trữ dữ liệu này. “Chúng tôi thấy rằng các skyrmion nhỏ chỉ ổn định trong môi trường vật chất cụ thể. Vì vậy, việc xác định các vật liệu lý tưởng để lưu trữ skyrmion là ưu tiên hàng đầu để áp dụng loại công nghệ bộ nhớ này. Cho đến nay, đây là trọng tâm nghiên cứu của chúng tôi”, Giáo sư Andrew Kent nói.