Op de lagere school weten kinderen al dat Dram staat voor Dynamic Random Access Memory. Japanse computertechneuten lezen Fram als Ferroelectric Dram, een geheugentechnologie die nooit helemaal uit de verf is gekomen. Voor Noren betekent Fram echter gewoon ‘vooruit’ en voor de bewoners van Noord-Nederland is het de naam van een inmiddels ter ziele gegane busmaatschappij.
Maar wat, in hemelsnaam, is Mram? Lezers boven de veertig zullen zich misschien hun eerste transistorradio herinneren. Je zette het ding aan en daar was – niks wachten, niks opwarmende buizen – Radio Veronica! Direct-aan heet dat. Mram belooft hetzelfde voor computers.
De verwachting is dat Mram over zo’n jaar of vijf Dram in al zijn varianten van de troon zal stoten in computers en andere digitale dingen als mobiele telefoons, digitale camera’s en MP3-spelers. Mram staat voor Magnetic Random Access Memory. Een belangrijkste push voor de introductie van Mram komt van Darpa, het Amerikaanse militair-industriële complex waaraan we ook het Internet hebben te danken. Darpa (Defense Advanced Research Projects Agency) trok al in 1994 50 miljoen dollar uit om het Mram-onderzoek in de Verenigde Staten van de grond te krijgen.
Generaals willen geen computers die eerst applicaties en besturingssysteem van de harddrive moeten overhevelen naar Dram voordat ze iets doen. In de tijd die zo’n computer nodig heeft om opnieuw te starten, kan een Amerikaanse stad immers veranderd zijn in een hoop radioactieve puin. Daar is tegelijk nog een reden waarom militairen Mram willen: Mram-chips zijn bestand tegen radioactieve straling en Dram niet.
Geen opstarttijd
Wereldwijd zijn zo’n 330 miljoen apparaten in gebruik die Dram benutten voor het tijdelijk elektronisch bewaren van data en actieve applicaties. Zo’n elektronische geheugen heeft de nodige nadelen: alle gegevens verdwijnen wanneer de computer crasht of wordt uitgeschakeld, er is nogal wat tijd nodig voor het opladen van Dram wanneer de computer wordt gestart; elektronische geheugenchips gebruiken veel energie (er is continue stroom nodig om te voorkomen dat data in Dram verloren gaan) en, zoals al genoemd, ze zijn niet bestand tegen radioactieve straling. Neem dan magnetische geheugenchips. Mram-chips bewaren data wanneer ze uitgeschakeld worden, hebben geen opstarttijd nodig, gebruiken minder energie en zijn bovendien wel bestand tegen radioactieve straling. Tenslotte versimpelt Mram de architectuur van computers omdat er minder elektronische verbindingen nodig zijn.
Nu de praktijk
Het enige echte nadeel van Mram is dat het niet bestaat. De theorie luidt goed, maar de praktijk van het manipuleren van minuscule magnetische deeltjes is weerbarstig. Bij Honeywell, IBM, Hewlett-Packard, Toshiba, Motorola, Siemens, Philips en een aantal andere bedrijven en onderzoekscentra wordt echter hard gewerkt aan het realiseren van Mram. In het aprilnummer van Wired werd de Britse IBM-onderzoeker Stuart Parkin geportretteerd als de verlosser die binnen afzienbare tijd de wereld zal bevrijden van Dram door de nakende introductie van IBM’s Mram-technologie.
Wanneer iets wordt bejubeld in Wired is natuurlijk achterdocht geboden. Dit blad maakt zelden onderscheid tussen gerechtvaardigde hoop en onvervalste hype. Maar Parkin is de man die door toepassing van Giant Magneto-Resistance (GMR) technologie het beschrijven en aflezen van magnetische harddrives veel sneller en betrouwbaarder heeft gemaakt. Hij is een bonafide genie met een grote staat van dienst. Wie wil gokken op waar verbetering van random access memory vandaan zal komen, doet er goed aan zijn geld te zetten op IBM. Parkin zegt dat dit bedrijf belangrijke patenten heeft op technologieën die onontbeerlijk zijn voor de ontwikkeling van Mram.
Prototype
Stuart Parkin heeft bij IBM reeds het prototype van een Mram-chip ontwikkeld dat bestaat uit vijfhonderd elementen en gebaseerd is op magnetic tunnel-junctions of Mtjs. Ieder element bestaat uit twee lagen van een materiaal dat gemagnetiseerd kan worden en die van elkaar zijn gescheiden door een dunne laag aluminiumoxide die niet dikker is dan vier atomen. De polarisatie van de onderste laag is altijd gelijk, maar die van de bovenste laag kan door middel van een laag voltage plaatselijk naar links of naar rechts worden omgeschakeld. De stroom wordt toegediend via een fijn rasterwerk van elektrische bedrading. De ene polarisatierichting staat voor een nul, de andere voor een één. Voilá geheugen!
Hoewel aluminiumoxide een isolator is, springen er toch elektronen van de ene gemagnetiseerde laag naar de andere via een kwantummechanisch effect dat tunnelen heet. Dit tunnelen gaat gemakkelijker wanneer de beide lagen van een geheugenelement in dezelfde richting zijn gepolariseerd. Wanneer men nu de hoeveelheid elektronen meet die op een bepaalde locatie door de aluminiumoxide laag springen, kan men vaststellen of de beide magnetische lagen op die plek dezelfde of een tegengestelde polarisatie hebben en daarmee of de bovenste laag daar een nul of een één bewaart.
Vijf jaar
Mooi zo, Parkin heeft dus Mram. Waar wachten we nog op? Het probleem is voorlopig dat IBM’s prototype nog niet meer dan 1 kilobyte aan data bewaart. De verwachting is dat dit bedrijf op zijn vroegst over vijf jaar een Mram-chip kan maken die kleiner, sneller, en goedkoper is dan Dram-chips en bovendien meer data kan bewaren. We zullen dus nog vijf jaar moeten luisteren naar het knarsend opladen van Dram tenzij Honeywell, Motorola, Intel, Hewlett-Packard, Toshiba, Siemens of misschien Philips eerder met een bruikbare Mram op de proppen komt. Honeywell en andere Amerikaanse labs experimenteren met giant magnetoresistance (GMR) om Mram-chips te maken. Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge gaan nog een stapje verder. Russell Cowburn en Mark Welland hebben voorstellen op papier gezet voor de ontwikkeling van een heuse magnetische microprocessor.
Belangen
De financiële belangen in de race naar Mram zijn enorm: de wereldwijde markt voor Dram bedraagt dit jaar zo’n 30 miljard dollar. IBM’s Stuart Parkin verwacht dat Mram het eerst zal opduiken in kleine handzame apparaten die de eigenschappen van mobiele telefoons, personal digital assistants (pda’s) en Internetapparaten in zich zullen verenigen. Apparaten waarbij snelheid, laag energieverbruik, miniaturisering en direct-aan erg belangrijk zijn. Parkin zegt in Wired: "Na verloop van tijd zullen de prestaties en de kosten van Mram zo evolueren dat het gebruikt gaat worden in iedere computer." Dan kunnen we allemaal de sensatie beleven van de computer die onmiddellijk aan is.
