Znajdź zawartość

Koreańczycy z Samsung Advanced Institute of Technology poinformowali o stworzeniu nieulotnych pamięci ReRAM (Resistance RAM), które wytrzymują biliard cykli zapisu/odczytu, a czas przełączania wynosi w nich jedynie 10 nanosekund, czyli jest około miliona razy krótszy niż we współczesnych pamięciach flash. Wynalazek może znacznie usprawnić obecnie stosowane pamięci nieulotne. Tak dobre rezultaty osiągnięto badając pamięci o rozmiarach pojedynczej komórki wynoszących od 50x50 mikrometrów do 30x30 nanometrów. Szacowana żywotność nowych układów wynosi ponad 10 lat pracy w temperaturach przekraczających 85 stopni Celsjusza. ReRAM są produkowane z tlenku tantalu (Ta2O5), a Korańczycy wykorzystali do tego celu Ta2O5-x/TaO2-x, z którego wytworzyli dwuwarstwową strukturę. ReRAM działa dzięki temu, że materiał, który zwykle jest dielektrykiem, ale pod wpływem wystarczającego napięcia staje się przewodnikiem. To pozwala informacji na przedostanie się do materiału, a po odcięciu zasilania, na pozostanie w jego wnętrzu. Na razie nie powinniśmy się jednak spodziewać rewolucji na rynku pamięci nieulotnych. Koreańskie urządzenie znajduje się w fazie eksperymentalnej i potrzeba jeszcze sporo badań, zanim trafi do masowej produkcji.

Dzięki współpracy Lawrence Berkeley National Laboratory oraz University of California, Berkeley, powstała nowa klasa materiałów zmiennofazowych. Tego typu materiały, dzięki możliwości zmiany faz pomiędzy stanem krystalicznym a amorficznym, świetnie nadają się do produkcji tanich, nieulotnych, energooszczędnych układów pamięci. Uczeni z Berkeley stworzyli nanokryształy ze stopów metalu i półprzewodnika. Nowy materiał nazwano BEAN od binary eutectic-alloy nanostructure (binarne nanostruktury eutektyczno-stopowe). Zmiana faz w BEAN, przełączanie ich pomiędzy stanami krystalicznym i amorficznym trwa nanosekundy i może być dokonana za pomocą prądu elektrycznego, lasera lub kombinacji obu tych metod. Nasze pierwsze BEAN stworzyliśmy ze stopu germanu i cyny. Byliśmy w stanie ustabilizować fazę krystaliczną i amorficzną oraz precyzyjnie dostroić kinetykę przełączania za pomocą prostej zmiany składu stopu - mówi Daryl Chrzan, jeden z twórców BEAN. Stop germanu i cyny został wybrany dlatego, że w temperaturze pokojowej może istnieć w dwóch stabilnych stanach - krystalicznym bądź amorficznym. Chrzan i współpracujący z nim Joel Ager oraz Eugene Haller wykazali, że nanokryształy stopu germanu i cyny umieszczone na amorficznym ditlenku krzemu tworzą nanostruktury, które są w połowie krystalicznym metalem i w połowie krystalicznym półprzewodnikiem. Szybkie schładzanie następujące po rozpuszczeniu stopu impulem lasera prowadzi do powstania metastabilnej, amorficznej fazy w temperaturze pokojowej. Natomiast umiarkowane rozgrzanie materiału i jego powolne stygnięcie oznaczało powrót do krystalicznej podwójnej struktury - informuje Chrzan. Ditlenek krzemu działa jak inteligentna i bardzo czysta próbówka, która więzi w sobie nanostruktury tak, że interfejs BEAN/ditlenek krzemu powoduje powstanie wyjątkowych właściwości zmiennofazowych - dodaje. Naukowcy nie zbadali jeszcze, jak odbywa się transport elektronów w materiale BEAN. Spodziewamy się, że w stanie amorficznym BEAN będzie wykazywało normalne, charakterystyczne dla metali przewodnictwo. W stanie podwójnym, BEAN będzie zawierał jedną lub więcej barier Schottky'ego, które mogą działać jak diody. Na potrzeby przechowywania danych, przewodzący stan metaliczny może oznaczać zero, a bariera Schottky'ego - jeden - wyjaśnia Chrzan. Teraz naukowiec i jego koledzy badają, czy BEAN może wytrzymać wielokrotne przełączanie pomiędzy stanami oraz czy może zostać zaimplementowany w układzie scalonym. Chcą też utworzyć model przepływu energii w systemie i na jego podstawie opracować optymalną metodę wysyłania impulsów elektrycznych i/lub świetlnych, w celu jak najlepszego wykorzystania właściwości zmiennofazowych.

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.

Samsung Electronics pokazał nowy typ układów pamięci, które mają działać szybciej od obecnie stosowanych kości flash. Zmiennofazowe układy RAM (PRAM - phase-change random access memory) to pamięci nieulotne, co oznacza, że przechowywane w nich informacje nie zostają utracone po odłączeniu zasilania. Koreańska firma twierdzi, że działają one około 30-krotnie szybciej niż kości flash. Układy PRAM będą o około 50% mniejsze niż kości NOR. Ponadto ich proces produkcyjny składa się z 20% mniej etapów, niż proces, w którym powstają pamięci NOR. Pierwsze moduły PRAM trafią na rynek w 2008 roku. Na razie Samsung zaprezentował prototypowy układ o pojemności 512 megabitów. Pojedyncza komórka pamięci PRAM zbudowana jest z diod i trójwymiarowej struktury tranzystorów. Samsung informuje też, że pojedyncza komórka pamięci PRAM ma powierzchnię jedynie 0,0467 mikrometra kwadratowego, a więc jest obecnie najmniejszą powierzchnią zdolną do przechowywania informacji, w której sąsiadujące ze sobą komórki nie zakłócają się wzajemnie. Dodatkową zaletą PRAM jest fakt, że przeciwieństwie do używanych obecnie układów flash, stare dane nie muszą zostać najpierw wykasowane, by można było zapisać nowe informacje.