Gęstsze i szybsze wyzwania związane z pamięcią zarówno DRAM, jak i Flash

Nowy typ układu pamięci, który firma rozpoczynająca właśnie zaczęła testować, może zapewnić przyszłym smartfonom i innym urządzeniom komputerowym zarówno szybkość, jak i pamięć masową. Technologia znana jako pamięć krzyżowa może przechowywać dane około 40 razy gęściej niż najbardziej kompaktowa pamięć dostępna obecnie. Jest również szybszy i bardziej energooszczędny.

Więcej pamięci: Urządzenie do przechowywania pamięci pokazane na tym zdjęciu z mikrofotografii elektronowej może umożliwić radykalne skoki pojemności kart pamięci i innych cyfrowych magazynów danych.

Zdolność tej technologii do przechowywania dużej ilości danych na małej przestrzeni może spowodować, że zastąpi ona układy pamięci flash, które są podstawą kart pamięci, niektórych dysków twardych i wewnętrznej pamięci urządzeń mobilnych. Dane mogą być dostępne i zapisywane w pamięci poprzecznej wystarczająco szybko, aby zobaczyć, że mogą one również konkurować z DRAM, używaną jako pamięć krótkotrwała w urządzeniach komputerowych. Technologia ta jest znacznie bardziej energooszczędna niż pamięć flash i DRAM.

Będzie znacznie gęstszy i szybszy niż flash, ponieważ nie jest oparty na poruszających się elektronach ani na tranzystorach, mówi Wei Lu , profesor na Uniwersytecie Michigan, którego badania doprowadziły do ​​rozwoju pamięci poprzecznej. Lu jest także współzałożycielem i głównym naukowcem start-upu Crossbar z Santa Clara w Kalifornii, który zajmuje się komercjalizacją tej technologii. Zauważa, że ​​początkowo firma rozwija swoją technologię, aby zastąpić pamięć flash.

Demonstracyjne poprzeczne układy pamięci są produkowane przez TSMC, największego na świecie producenta układów kontraktowych. Crossbar twierdzi, że obecna wersja technologii może przechowywać jeden terabajt danych (1000 gigabajtów) na jednym chipie o powierzchni 200 milimetrów kwadratowych, mniej więcej wielkości znaczka pocztowego. Dla porównania, najgęstsze układy pamięci flash na rynku przechowują 16 gigabajtów na jednym układzie. Najmniejszy taki chip, wprowadzony przez Micron w maju tego roku, ma powierzchnię 144 milimetrów kwadratowych.

Pamięć poprzeczna jest tak nazywana ze względu na prostą strukturę nanoskalową używaną do przechowywania danych. Dwie warstwy równomiernie rozmieszczonych elektrod podobnych do prętów są ułożone jedna na drugiej, przy czym pręty warstwy górnej są zorientowane pod kątem 90 stopni do prętów warstwy poniżej, tworząc siatkę. Bity danych — 1 i 0 — są przechowywane w każdym ze złączy, w których krzyżują się elektrody z różnych warstw.

Ta podstawowa architektura poprzeczna była od lat wykorzystywana jako podstawa nowych pomysłów w elektronice, w tym dla pamięci (patrz Pamięć Molekularna ). Jednak wersja Lu różni się tym, jak przechowuje dane na złączach, używając do każdego złącza prostej przekładki wykonanej z amorficznego krzemu, a nie bardziej egzotycznego materiału.

W chipach Crossbara ta przekładka oddziela elektrodę od warstwy górnej, wykonanej ze srebra, od warstwy dolnej, wykonanej z przewodnika niemetalicznego. Bity są przechowywane dzięki temu, że element dystansowy przełącza się między izolatorem a przewodnikiem — czasami umożliwia przepływ prądu między górną i dolną elektrodą, czasami blokując prąd. Przekładka może zachować swój stan, a więc trochę, bez zasilania.

Dane są zapisywane przez przyłożenie określonego napięcia sterującego do konkretnego złącza poprzecznego. Przyłożenie dodatniego napięcia powoduje, że nanocząstki srebra wypełzają z górnego pręta do silikonowej przekładki, ostatecznie penetrując wystarczająco daleko, aby utworzyć ścieżkę elektryczną między górnym i dolnym prętem, umożliwiając przepływ prądu. Zastosowanie ujemnego napięcia sterującego może odwrócić ten proces. Dane są odczytywane z pamięci poprzecznej poprzez testowanie przewodnictwa każdego złącza.

W produkowanych obecnie chipach demonstracyjnych jedna warstwa krzyżowych struktur pamięci jest nakładana na warstwę konwencjonalnego krzemowego układu CMOS. Obwód ten odczytuje, zapisuje i usuwa dane z warstw pamięci poprzecznej.

Crossbar, który otrzymał 25 milionów dolarów finansowania inwestycyjnego od Kleiner Perkins Caufield & Byers, Artiman Ventures i Northern Light Venture Capital, rozpoczął prace nad komercjalizacją badań Lu w 2010 roku. Kluczową częścią procesu rozwoju było przystosowanie nowej technologii do masowej produkcji w istniejących fabrykach chipów, mówi Lu. Wymagane były eksperymenty, aby określić, jak umieścić nowe struktury poprzeczne na konwencjonalnych obwodach CMOS. Nie chcesz zanieczyścić warstwy CMOS ani podnieść temperatury tak bardzo, że ulegnie ona uszkodzeniu, mówi Lu.

Technologia Crossbar przygotowuje się do wprowadzenia na rynek w czasie, gdy producenci pamięci starają się wycisnąć większą gęstość danych z istniejących metod wytwarzania pamięci flash, mówi Brian Cronquist, wiceprezes Monolityczne 3D , firma opracowująca projekty architektury układów 3D. Sposoby, których używali do skalowania pamięci flash, już nie działają.

Układy pamięci flash przechowują dane jako wyspy ładunku na powierzchni, ale tych wysp nie można upakować ciaśniej niż obecnie, co praktycznie uniemożliwia poprawę gęstości. To skłoniło Samsunga i Toshibę do pracy na układach pamięci flash 3D, które stosują wiele powierzchni do przechowywania ładunku. Samsung wyprodukował działające chipy gotowe do masowej produkcji na początku tego roku.

Jednak Cronquist mówi, że takie podejście nie przyniesie korzyści przez więcej niż kilka lat, więc nowa technologia będzie musiała przejąć kontrolę. Crossbar’s to jeden z możliwych pretendentów, mówi m.in. w rozwoju.

Jednym z nich jest HP, oparty na komponencie elektrycznym znanym jako memristor, który miał istnieć w 1971 roku, ale po raz pierwszy został wyprodukowany dopiero w 2008 roku (patrz Pamięć gotowa do produkcji). HP jeszcze w zeszłym roku zapowiadało, że uruchomi technologię pod koniec 2013 roku, ale ostatnio nie potwierdziło swoich planów.

ukryć