Znajdź zawartość

Już w 2013 roku do sklepów mają trafić pierwsze chipy zbudowane na memrystorach. Zastąpią one układy flash i wyznaczą początek rewolucji na rynku układów pamięci. Stan Williams z HP, współtwórca memrystora, występując podczas International Electronic Forum 2011 stwierdził, że w ciągu 18 miesięcy jego firma rozpocznie sprzedaż kości, które zastąpią flash. Na tym jednak nie koniec. Być może w 2014, a na pewno w 2015 stworzymy konkurencję dla DRAM, a później zastąpimy SRAM - powiedział Williams. O zastąpieniu flasha już zdecydowaliśmy. Teraz pracujemy nad DRAM i sądzimy, że nowe układy będą zużywały na każdy bit o dwa rzędy wielkości mniej energii potrzebnej do przełączania układu - dodał. Opracowana przez HP technologia pozwala na umieszczenie układu pamięci bezpośrednio na procesorze. Dzięki temu dane w ogóle nie opuszczają układu scalonego. To oznacza, że otrzymujemy poprawę szybkości działania odpowiadającą 20 latom obowiązywania Prawa Moore'a - stwierdził Williams. Dodał przy tym, że możliwe jest umieszczanie dowolnej liczby warstw podzespołów o grubości 5 nanometrów każda. W jednej takiej warstwie może znaleźć się nawet 500 miliardów memrystorów. Przedstawiciel HP zapowiada wielkie zmiany na rynku. Jesteśmy największym na świecie kupcem pamięci DRAM i drugim co do wielkości nabywcą układów flash. Chcemy całkowicie przeorganizować nasz łańcuch dostaw. Mamy zamiar licencjonować naszą technologię każdemu chętnemu. Jednak trzeba będzie poczekać w kolejce. Bardzo wiele osób jest tym zainteresowanych. Zdecydowaliśmy się na taki krok, gdyż, szczerze mówiąc, nie widzimy zbyt wielu innowacji na tym rynku - zapowiedział. Memrystor zwany jest inaczej opornikiem pamięci. Zapamiętuje on skąd i ile informacji przepływa, sam usprawnia swoje działanie tak, by przepływ był jak najbardziej wydajny. Potrafi też zmieniać oporność w zależności od wartości i kierunku przyłożonego napięcia. Zapamiętuje również oporność po odłączeniu zasilania. Dzięki tym właściwościom pojedynczy memrystor może działać jak wiele (od 7 do 12) tranzystorów, pozwoli też na skonstruowanie mniejszej, tańszej, szybszej i bardziej energooszczędnej pamięci flash. Niewykluczone, że memrystory pozwolą również na zrewolucjonizowanie rynku układów FPGA - czyli programowalnych układów scalonych, które na bieżąco można dostosowywać do zadań, które mają wykonać. FPGA są niezwykle drogie, duże i powolne. Być może dzięki memrystorom pozbędziemy się ich wad, a zachowamy zalety. Jakby jeszcze tego było mało badacze z HP stwierdzili, że memrystory są bardziej przydatne niż przypuszczano. Okazało się bowiem, że są one w stanie nie tylko zapamiętywać dane, ale również przeprowadzać obliczenia. To z kolei oznacza, że zamiast budować osobne procesory możliwe będzie wykonywanie obliczeń przez same kości pamięci.

Elpida Memory, jeden z największych na świecie producentów układów pamięci, informuje o stworzeniu 30-nanometrowego procesu produkcyjnego dla 4-gigabitowych kości DDR3 Mobile RAM (LPDDR3). Dzięki niemu tego typu układy będą mogły przesyłać dane z maksymalną prędkością 6,4 Gbps. Nowe kości będą pracowały przy napięciu 1,2 wolta. W porównaniu z układami LPDDR2 będą używały niemal 25% energii mniej, co pozwoli na wydłużenie czasu pracy urządzeń mobilnych. Nowe kości Elpidy trafią do producentów urządzeń jeszcze w bieżącym roku. Jeśli będą oni zainteresowani ich wykorzystywaniem, w drugiej połowie bieżącego roku Elpida rozpocznie produkcję na szerszą skalę. Firma nie wyklucza też produkcji 8- i 16-gigabitowych układów.

Na Purdue University powstaje nowy rodzaj układów pamięci, które mają być szybsze od obecnie istniejących rozwiązań, a jednocześnie zużywać znacznie mniej energii niż kości flash. Pamięci łączą krzemowe nanokable z polimerem „ferroelektrycznym", który zmienia polaryzację pod wpływem pola elektrycznego. Nowa technologia jest dopiero w powijakach, przyznaje doktorant Saptarshi Das, który pracuje pod kierunkiem profesora Joerga Appenzellera. Nazwano ją FeTRAM (ferroelectric transistor random access memory) - pamięć o swobodnym dostępie z tranzystorem ferroelektrycznym. FeTRAM to pamięć nieulotna, a więc jej zawartość nie zostaje utracona po odłączeniu zasilania. Układy FeTRAM mogą zużywać nawet 100-krotnie mniej energii niż kości flash. Jednak, jak zauważa Das, obecnie zużywają więcej niż teoretyczne minimum, gdyż znajdują się w początkowych fazach rozwoju. FeTRAM spełnia wszystkie wymagania stawiane przed nośnikami pamięci. Pozwala na wielokrotny zapis i odczyt, zużywa mało energii, umożliwia upakowanie dużej ilości kości na małej przestrzeni i jest kompatybilna z technologią CMOS, co oznacza, że wdrożenie jej do produkcji nie powinno nastręczać większych trudności. FeTRAM jest podobna do wykorzystywanej komercyjnie na niewielką skalę technologii FeRAM. Obie używają materiałów ferroelektrycznych, jednak w FeRAM zastosowano ferroelektryczne kondensatory, co powoduje, że odczyt zapisanych danych wiąże się z ich usunięciem z układu pamięci. W przypadku FeTRAM, dzięki tranzystorom, te same dane można odczytywać wielokrotnie.

Samsung uruchomił największą na świecie fabrykę układów pamięci. Rozpoczęto w niej produkcję kości DDR3 DRAM z wykorzystaniem 20-nanometrowej technologii. Zakład Line-16 znajduje się w Nano City Complex w Hwaseong. Budowa fabryki rozpoczęła się w maju ubiegłego roku. Po roku została zakończona i rozpoczęto instalowanie wyposażenia. Całkowita wartość inwestycji wyniosła ponad 10,3 miliarda dolarów. Line-16 zajmuje 12-piętrowy budynek i jest największą oraz najbardziej zaawansowaną technologicznie fabryką pamięci. Jej powierzchnia wynosi 198 000 metrów kwadratowych. Miesięcznie z jej linii produkcyjnych będzie zjeżdżało 10 000 trzystamilimetrowych plastrów krzemowych.

Samsung poinformował o stworzeniu pierwszej kości DDR4. Powstała ona przy użyciu technologii 30 nanometrów. Sam standard DDR4 nie jest jeszcze gotowy. Kość Samsunga charakteryzuje się transferem danych rzędu 2,133 Gbps przy napięciu 1,2 wolta. Tymczasem najnowsze układy DDR3 pracują przy napięciu 1,35 oraz 1,5 wolta i zapewniają transfer rzędu 1,6 Gbps. Koreańska firma nie wyklucza, że po udoskonaleniu DDR4 układy będą przesyłały dane z prędkością do 3,2 gigabita na sekundę.

Łącząc nanocząsteczki krzemu z genetycznie zmodyfikowanymi proteinami uzyskanymi z topoli można znacząco zwiększyć gęstość upakowania danych w kościach pamięci. Nowa technika została opracowana przez profesora Danny'ego Poratha i Izhara Medalsy'ego z Instytutu Chemii Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie. Zmodyfikowana proteina ma kształt pierścienia, a nanocząsteczki krzemu są dołączane do jego zewnętrznego pora. Takie hybrydy można łączyć w rozległe, gęsto upakowane macierze i tworzyć z nich układy pamięci. Porah i Medalsy wykazali już, że taka konstrukcja jest stabilna i nadaje się do przechowywania danych. Zapewniają, że w ten sposób można łatwo i tanio zmniejszać kości pamięci.

Zespół pod kierunkiem Aleksa Zettla z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opracował wyjątkowo gęste układy pamięci, które mogą przechowywać informacje nawet przez miliard lat. Dane w tych elektromechanicznych układach są zapisywane dzięki różnicy w położeniu nanocząsteczek żelaza zamkniętych w pustej nanotubie. Z obu stron jest ona zamknięta elektrodami, a cząstka może znajdować się w dowolnym miejscu tuby. Pozycję cząsteczek można niezwykle dokładnie kontrolować za pomocą prądu elektrycznego. Odczyt danych odbywa się dzięki pomiarowi oporności urządzenia. Gęstość takiego układu pamięci sięga 1 terabita na cal kwadratowy, a jego stabilność termodynamiczna wynosi miliard lat.

Na Narodowym Uniwersytecie Singapuru powstały grafenowe układy pamięci. Wykonano je w dość prosty sposób, co przybliża nas do dnia rynkowego debiutu tego typu urządzeń. Uczeni, pracujący pod kierunkiem profesora Barbarosa Özyilmaza, nałożyli na grafen cienką warstwę materiału ferroelektycznego. Materiały takie mają wewnętrzne pole elektryczne, którego kierunek zmienia się po przyłożeniu napięcia. Z kolei zmiana polaryzacji pola ferroelektryka wpływa na zmianę przewodnictwa grafenu, a więc można spowodować, by grafenowa pamięć przybierała wartości "1" i "0". Andre Geim, odkrywca grafenu, zauważa, że metoda jego kolegów z Singapuru jest niesamowita ze względu na swoją prostotę. Ferroelektryki są dobrze poznane. Wiadomo też, że pole elektryczne zmienia oporność grafenu o rząd wielkości. Oni połączyli te dwa dobrze znane fakty - mówi Geim. Grafenowe układy pamięci będą miały olbrzymie zalety w porównaniu z obecnie stosowanymi kośćmi. Pracują około 30-krotnie bardziej wydajnie i umożliwiają znacznie bardziej gęsty zapis danych. Ocenia się, że możliwość współczesnych technologii skończą się przy gęstości rzędu 1 terabita na cal kwadratowy. Wówczas pojedyncze komórki pamięci będą miały wielkość 25 nanometrów, co nie pozwoli na utrzymanie kierunku namagnetyzowania i będzie dochodziło do utraty danych. Tymczasem grafenowe układy poradzą sobie przy komórkach wielkości 10 nanometrów i mniejszych. Nowa prototypowa pamięć została zbudowana z szerokich na 2 mikrometry pasków grafenu, które umieszczono na krzemie. Następnie przyłączono doń złote elektrody, a grafen pokryto ferroelektrykiem. Tak skonstruowany układ charakteryzował się pięciokrotnie krótszym od współczesnych pamięci cyklem odczytu/zapisu. Wiadomo, że jest w stanie wytrzymać 100 000 cykli pracy, podczas gdy obecnie wykorzystywane układy przechodzą ich całe miliony. Dodatkową zaletą prac singapurskich naukowców jest fakt, iż specjaliści wiedzą, dlaczego całość zachowuje się tak, a nie inaczej. To umożliwia dalszy rozwój układów i pozwoli zbadać ich rzeczywistą przydatność w codziennych zastosowaniach. Wcześniej podobne rezultaty osiągały inne zespoły naukowe, jednak przyczyny pewnych zachodzących zjawisk fizycznych były niezrozumiałe, co znakomicie utrudnia prace.

Profesor James Tour oraz Yubao Li i Alexander Sinitskii z Rice University zauważyli, że grafitowa płytka o grubości zaledwie 10 atomów może świetnie sprawdzić się przy produkcji pamięci komputerowych, których właściwości są znacznie lepsze niż obecnie stosowanych układów flash. Naukowcy badali przewodnictwo elektryczne grafenu i zauważyli, że wykonana zeń komórka pamięci może być mniejsza niż 10 nanometrów. A więc grafitowe pamięci będą 5-krotnie bardziej gęste niż obecnie stosowane, 45-nanometrowe układy flash. Ponadto przełączniki w takich komórkach pamięci mogą być kontrolowane przez 2, a nie przez 3 elementy. To z kolei ułatwia tworzenie trójwymiarowych kości pamięci, poprzez dodawanie kolejnych warstw. A z każdą taką warstwą wzrasta pojemność takiej kości. Olbrzymią zaletą grafenu jest różnica mocy w komórkach znajdujących się w stanie "on" i "off". W rozwijanych właśnie pamięciach zmiennofazowych stosunek ten wynosi 10:1. Z kolei w grafenie jest on jak 1000000:1. Jako, że pamięci tego typu mają tendencję do "przeciekania", może dojść do zafałszowania stanu poszczególnych komórek, a więc do utraty danych. W grafenie sytuacja taka, właśnie ze względu na dużą rożnicę pomiędzy "on" i "off", jest mniej prawdopodobna, a więc grafenowe układy pamięci są znacznie bardziej odporne na zakłócenia. Nie tylko zresztą na nie. Już przeprowadzone testy wykazały, że mogą one bez problemów pracować w temperaturach od -75 do 200 stopni Celsjusza. Ponadto są też odporne na promieniowanie, co pozwoli na wykorzystanie ich w ekstremalnych warunkach. Testy wykazały też, że żywotność grafitowych układów pamięci wynosi do 10 milionów cykli włączenia/wyłączenia, a czas reakcji nie jest większy niż 1 milisekunda.