Znajdź zawartość

Japończycy z Narodowego Insytutu Zaawansowanych Nauk Przemysłowych i Technologii (AIST) opracowali nowy element do magnetorezystancji tunelowej (TMR). Tego typu podzespoły są niezbędne do zwiększenia pojemności pamięci magnetorezystywnych (MRAM). Szczegóły budowy nowego TMR poznamy podczas rozpoczętej właśnie 11th Joint MMM-Intermag Conference. Element pozwoli na zwiększenie pojemności MRAM powyżej 10 gigabitów. Jednym z głównych problemów, z jakim spotykają się naukowcy badający pamięci magnetorezystywne jest fakt,że wraz ze zmniejszaniem TMR prąd zapisujący dane wpływa destabilizująco na ich przechowywanie. Prowadzi on bowiem do zmiany kierunku namagnesowania wolnej warstwy TMR i, często, utraty danych. Można temu zaradzić zwiększając grubość wolnej warstwy, jednak wówczas konieczne jest przyłożenie większego napięcia podczas zapisu. Japończycy rozwiązali problem wykorzystując wolną warstwę pokrytą laminatem. W ich propozycji warstwa niemagnetyczna (ruten) pokryta jest dwoma warstwami ferromagnetyka (CoFeB). Połączenie między warstwami ferromagnetyka można kontrolować zmieniając grubość warstwy rutenu tak, by upewnić się, że pola magnetyczne obu laminatów mają ten sam kierunek. Dzięki temu odporność na zakłócenia zwiększono pięciokrotnie, przy jedynie 80-procentowym wzroście natężenia prądu.

Były wiceprezes ds. badawczych w Seagate Technology, profesor Mark Kryder z Carnegie Mellon Univeristy, założyciel Data Storage System Center oraz jego student Chang Soo Kim przeprowadzili studium nt. przyszłości technologii przechowywania danych. W jego ramach przebadali 13 nieulotnych technologii przechowywania informacji, które są postrzegane jako możliwi następcy dysków twardych (HDD). Obaj specjaliści przeanalizowali rynkowe szanse badanych technologii, prawdopodobieństwo z jakim mogą zastąpić HDD oraz przyszłą cenę terabajta pojemności do roku 2020. Najważniejszą konkluzją ich prac jest stwierdzenie, iż jest bardzo mało prawdopodobne, by jakiekolwiek urządzenia wykorzystujące pamięci nieulotne były w stanie w najbliższym dziesięcioleciu konkurować cenowo z HDD. Zdaniem naukowców "mapa drogowa" rozwoju technologii litograficznych (ITRS - International Technology Roadmap for Semiconductors) pokazuje, że w przyszłej dekadzie nie rozwiną się one na tyle, by zapewnić odpowiednio wysoką gęstość zapisu, co pozwoliłoby na obniżenie ceny technologii alternatywnych tak, by stały się one tańsze od HDD. Największe szanse na konkurowanie z obecnymi dyskami mają technologię pozwalające na zapisanie wielu bitów w pojedynczej komórce oraz takie, które korzystają z pamięci zmiennofazowych (PCRAM) i STT-RAM. W podsumowaniu swojej analizy, naukowcy stwierdzają: Przyjmując, że technologia HDD będzie rozwijała się w takim tempie, jak w przeszłości, w roku 2020 dwutalerzowy 2,5-calowy dysk twardy będzie w stanie przechowywać ponad 40 terabajtów danych, a jego cena wyniesie około 40 dolarów. Na długo przed rokiem 2020 technologia pamięci flash osiągnie granicę, poza którą nie będzie można jej skalować. Istnieje obecnie duże zainteresowanie technologiami pamięci nieulotnych, które zastąpią flash i w przyszłości być może i HDD. W dokumencie tym porównaliśmy trzynaście z nich. Uznając za najważniejszy czynnik gęstość zapisu oraz biorąc pod uwagę wydajność, najbardziej obiecujące wydają się technologie typu racetrack. Jednak zależą one od synchronicznego przemieszczania ścian domen w rejestrach, co już w przeszłości okazało się niepraktyczne i nadal jest dalekie od wdrożenia. Tym bardziej, że nad technologią tą nie pracuje odpowiednia liczba badaczy, którzy mogliby rozwiązać trapiące ją problemy. Obiecująco duże gęstości zapisu można uzyskać w pamięciach korzystających z próbników, tym bardziej, że produkcja ich głowic nie jest mocno ograniczana przez rozwój technologii litograficznych. Z drugiej jednak strony, ich wydajność jest niższa niż wydajność innych technologii i, podobnie jak w pamięciach racetrack, są one dalekie od praktycznego zastosowania. Również nad nimi pracuje mało specjalistów. Pamięci holograficzne mogą potencjalnie mieć wysoką gęstość przy niskich kosztach, jednak jak dotąd sprawdzają się tylko w zastosowaniach polegających na jednorazowym zapisie nośnika, a to zupełnie inny rynek. Układy MRAM i FRAM należą do najdroższych, a ich koszt jest podobny do kości DRAM, dlatego też nie zastąpią układów flash czy dysków twardych. Pamięci polimerowe, molekularne i SEM (Single Electron Memory) charakteryzują się niską gęstością zapisu i krótkimi czasami przechowywania danych, co czyni je nieprzydatnymi w rozważanych zastosowaniach. Z kolei kości typu NRAM wydają się być dobrymi kandydatami, jednak ich prognozowana gęstość, a co za tym idzie i koszt, nie są wystarczająco konkurencyjne. Produkty takie jak RRAM, CBRAM, STTRAM i PCRAM mają małe komórki i potencjalnie nadają się do przechowywania wielu bitów w pojedynczej komórce, dzięki czemu mogą w przyszłości konkurować z dyskami twardymi Wśród nich PCRAM są najbardziej dojrzałe i już trafiły na rynek, a STTRAM wydają się oferować najlepszą wydajność.

Firma Freescale, duży producent półprzewodników, bardzo wierzy w rozwój pamięci magnetorezystywnych (MRAM). Jej wiara jest na tyle silna, że przedsiębiorstwo ogłosiło, iż powoła do życia osobną firmę zajmującą się tylko i wyłącznie badaniem nad MRAM-em. Do nowo powstałego przedsiębiorstwa o nazwie EverSpin, zostanie przekazana cała technologia i własność intelektualna dotycząca MRAM, która obecnie należy do Freescale'a. Ponadto fundusz inwestycyjny Lux Capital przekaże jej 20 milionów dolarów na rozwój. Pamięci MRAM (ang. Magnetoresistive Random Access Memory) odznaczają się cechami, które mogą istotnie odmienić sposób, w jaki korzystamy z komputerów oraz wszelkich urządzeń cyfrowych. W obecnej postaci można już nimi bezpośrednio zastąpić pamięci statyczne (ang. Static RAM), odznaczające się sporą prędkością pracy, ale też dużym zużyciem mocy oraz stosunkowo niewielką pojemnością. Zaletą MRAM-ów jest nie tylko duża prędkość działania, ale też o połowę mniejsze zapotrzebowanie na energię elektryczną, a co najważniejsze – możliwość przechowywania informacji po wyłączeniu zasilania. Ich zastosowanie w komputerze pozwoliłoby na natychmiastowe przejście systemu do stanu hibernacji oraz powrót z niego. Wystarczy, że urządzenie po prostu wyłączymy lub włączymy niczym żarówkę. Podobne możliwości co MRAM-y oferują popularne pamięci flash, ale te pierwsze górują nad konkurentami nieograniczoną żywotnością oraz zdecydowanie większą prędkością działania.

Japoński NEC informuje o opracowaniu najszybszych do tej pory układów pamięci MRAM (ang. Magnetoresistive Random Access Memory). Kości tego typu odznaczają się cechami, które mogą istotnie odmienić sposób, w jaki korzystamy z komputerów oraz wszelkich urządzeń cyfrowych. W obecnej postaci można już nimi bezpośrednio zastąpić pamięci statyczne (ang. Static RAM), odznaczające się sporą prędkością pracy, ale też dużym zużyciem mocy oraz stosunkowo niewielką pojemnością. Zaletą MRAM-ów jest nie tylko duża prędkość działania, ale też o połowę mniejsze zapotrzebowanie na energię elektryczną, a co najważniejsze – możliwość przechowywania informacji po wyłączeniu zasilania. Ich zastosowanie w komputerze pozwoliłoby na natychmiastowe przejście systemu do stanu hibernacji oraz powrót z niego. Wystarczy, że urządzenie po prostu wyłączymy lub włączymy niczym żarówkę. Podobne możliwości co MRAM-y oferują popularne pamięci flash, ale te pierwsze górują nad konkurentami nieograniczoną żywotnością oraz zdecydowanie większą prędkością działania. Najnowsze kości Japończyków mogą pracować z częstotliwością 250 MHz, czyli dwukrotnie szybciej niż poprzednie układy tego typu. Jedynym słabym punktem nowych pamięci jest ich pojemność, obecnie wynosząca jedynie megabit.

IBM i TDK wspólnie pracują nad nowym rodzajem pamięci nieulotnej o nazwie spin torque transfer RAM (STT-RAM). Jednocześnie IBM przyznał, że nie widzi przyszłości przed technologią MRAM, nad którą dotychczas pracował. W układach STT-RAM prąd elektryczny przykładany jest do magnesu i zmienia kierunek pola magnetycznego. To z kolei decyduje o zmianie oporności, a różne poziomy oporności są interpretowane jako 1 lub 0. IBM i TDK obiecują, że w ciągu najbliższych 4 lat stworzą prototypowy układ STT-RAM wykonany w technologii 65 nanometrów. Nad pamięciami STT-RAM pracuje też firma Grandis, która chce zacząć ich sprzedaż już pod koniec przyszłego roku. IBM pracował dotychczas nad pamięciami magnetorezystywnymi (MRAM) jednak okazało się, że wyprodukowanie tego typu układów w technologiach posługujących się wielkościami bramki mniejszymi niż 65 nanometrów jest bardzo trudne. Błękitny Gigant nie zaoferował się na rynku układów MRAM, a firma Freescale Semiconductor, która ma w swojej ofercie kości MRAM nie sądzi, by technologia ta przetrwała długo. Obecnie prace nad pamięciami RAM przyszłej generacji idą więc w dwóch kierunkach. Jeden to STT-RAM, a drugi to układy zmiennofazowe. Ta druga technologia polega na podgrzewaniu do kilkuset stopni Celsjusza poszczególnych komórek pamięci. Materiał, z których są one zbudowane, zmienia wówczas swoją strukturę z krystalicznej na amorficzną. Struktura krystaliczna jest interpretowana jako 1, a amorficzna jako 0. Obie technologie, STT-RAM i pamięci zmiennofazowe, mają swoje plusy. STT-RAM pracują szybciej, a zmiennofazowe są bardziej gęste, pozwalają więc zapisać więcej informacji. Zaawansowane prace nad pamięciami zmiennofazowymi prowadzą Intel i STMicroelectronics, które powołały do życia firmę Numonyx. Z nieoficjalnych informacji wynika, że pierwsze układy zmiennofazowe mają wkrótce trafić na rynek.

Pamięci MRAM czyli magnetorezystywne układy RAM, mają już w niedalekiej przyszłości zastąpić kości flash. Ich zwolennicy twierdzą też, że już w 2010 roku zaczną powoli wypierać układy DRAM. Informacje przechowywane są w układach MRAM nawet po odłączeniu zasilania (działają więc podobnie jak kości flash), na cienkich magnetycznych warstwach. Otwarcie obudowy takiego układu oznacza, że będziemy mieli dostęp do każdej z warstw i posiadając odpowiedni sprzęt oraz umiejętności, będziemy w stanie odczytać zapisane na nich informacje. Budzi to niepokój szczególnie tam, gdzie przechowywane są tajne dane, takie jak hasła czy klucze szyfrujące. Philips postanowił zaradzić temu problemowi i proponuje układy MRAM, które automatycznie niszczą zawartość po otwarciu obudowy. Każda z warstw przechowujących dane w kościach MRAM Philipsa owinięta zostanie cienką warstwą metalu, nad którym znajdzie się magnes. Tak długo, jak metal otula warstwę służącą do przechowywania danych, zawarte na niej informacje są bezpieczne. Otwarcie obudowy układu spowoduje jednak, że zabezpieczający metal zostaje usunięty z warstw, które ma chronić, a wówczas oddziaływanie pola magnetycznego pobliskich magnesów spowoduje, że informacje ulegną natychmiastowemu wymazaniu. System działa pasywnie, co oznacza, że odłączenie prądu nie spowoduje przerwy w działaniu "magnesów-niszczycieli".

Firma analityczna Gartner uważa, że magnetorezystywne układy pamięci (MRAM), nie trafią do powszechnego użycia przed 2010 rokiem. Przed kilkoma dniami firma Freescale Semiconductor poinformowała o rozpoczęciu produkcji tego typu kości. W układach MRAM podczas operacji zapisu i odczytu wykorzystywane jest pole elektromagnetyczne, a nie przepływ prądu przez układ. Takie rozwiązanie powoduje, że układy tego typu chrakteryzują się mniejszym poborem energii niż RAM, podobnie jak pamięci FLASH przechowują dane po wyłączeniu zasilania, a jednocześnie operacje odczytu/zapisu przebiegają w nich znacznie szybciej niż w kościach FLASH. Nic dziwnego więc, że, wobec tak dużych korzyści, wiąże się z nimi spore nadzieje. Analitycy Gartnera zauważają jednak, że technologia produkcji MRAM jest 1000-krotnie droższa, niż technologie wykorzystywane do tworzenie innych układów pamięci. Ponadto, jak zauważa Richard Gordon z firmy analitycznej, aby nowe pamięci odniosły sukces konieczne jest, by zainteresował się nimi taki gigant jak np. Samsung. Zdaniem Gartnera MRAM przez najbliższe lata pozostanie produktem niszowym, wykorzystywanym tam, gdzie konieczność użycia szybkich, wytrzymałych pamięci nieulotnych będzie usprawiedliwiała wysokie koszty. Urządzenie Freescale'a kosztuje 25 dolarów, czyli 1000-krotnie więcej za megabajt niż układy NAND. Przy tej cenie całe lata potrwa, zanim trafi ono na masowy rynek – uważają analitycy.