Video: Basics of Nonvolatile Memories: MRAM, RRAM, and PRAM - Presented by Fatih Hamzaoglu (November 2024)
Včera som písal o problémoch, ktorým čelia výrobcovia tradičnej flash pamäte NAND, o druhu úložiska, ktoré používame v našich smartfónoch, tabletoch a SSD. Flash pamäť sa za posledné desaťročie ohromne rozrástla. Hustota sa zvýšila, pretože ceny prudko klesli do bodu, keď je teraz bežné vidieť malé prenosné počítače, ktoré používajú disky SSD ako náhradu za pevné disky a podnikové systémy, ktoré používajú veľa blesku. Toto nenahrádza - a nenahradí - pevné disky, ktoré zostávajú lacnejšie a priestrannejšie, ale prinieslo to veľa výhod podnikovým aj mobilným úložným systémom. Zdá sa však, že tradičné škálovanie pre blesk NAND sa chýli ku koncu, a v dôsledku toho vidíme oveľa viac aktivít týkajúcich sa alternatívnych foriem pamäte.
Na vyriešenie týchto problémov sa vývojári snažili vytvárať nové typy energeticky nezávislej pamäte, pričom najväčšia pozornosť sa bude venovať veciam, ako je STT-MRAM, pamäť s fázovou zmenou a najmä odporová RAM s priamym prístupom (RRAM alebo ReRAM). Aj keď existuje veľa rôznych typov RRAM, základná bunka obvykle pozostáva z vrchnej a spodnej elektródy oddelenej oddeľovacou hmotou. Ak je použité kladné napätie, tvorí sa z materiálu vodivé vlákno a prúdi ním materiál; keď sa použije záporné napätie, vlákna sa zlomia a dištančný prvok funguje ako izolátor.
RRAM a ďalšie alternatívy boli často pôvodne koncipované ako náhrady za NAND flash alebo za tradičné DRAM, ale aspoň spočiatku sa im venovala osobitná pozornosť ako „pamäť triedy pamäte“ (SCM), ktorá by ponúkala rýchly prenos priamo do CPU (ako DRAM)) majú vyššiu hustotu (ako NAND Flash). Ide o to, že by ste mohli mať prístup k veľkému množstvu úložiska veľmi rýchlo, namiesto iba malého množstva veľmi rýchleho DRAM a potom väčšieho množstva relatívne pomalého blesku (zvyčajne zálohovaného s ešte pomalšími, ale rozsiahlejšími pevnými diskami). Kľúčom k dosiahnutiu tejto práce je získanie malej „veľkosti bunky“ na ukladanie bitov pamäte, spojenie buniek dohromady a nájdenie spôsobu výroby za primeranú cenu. Aby sa využili výhody týchto dodatočných úrovní úložiska, bolo by samozrejme potrebné prepracovať aj systémy a softvér.
Koncept sa dlhodobo skúma. V roku 2010 Unity Semiconductor (teraz vo vlastníctve spoločnosti Rambus) ukázal čip ReRAM 64 MB. Spoločnosť HP už niekoľko rokov hovorí o svojej technológii memristorov, o forme ReRAM. Spoločnosť oznámila plán spolupráce s Hynix Semiconductor na zavedení náhrady za blesk NAND do leta 2013. To sa samozrejme ešte nestalo, zdá sa však, že v oblasti ReRAM sa deje veľa pokroku.
Na tohtoročnej medzinárodnej konferencii o obvodoch pevných látok (ISSCC) spoločnosti Toshiba a SanDisk (ktorí sú partnermi vo flash pamäti) predviedli čip ReRAM s veľkosťou 32 GB a na minulotýždňovom samite o pamäti Flash niekoľko spoločností ukazovalo nové technológie, ktoré sa točili okolo RRAM technológia.
Jedným z najzaujímavejších je priečka, ktorá používa RRAM bunky na báze strieborných iónov spojené v usporiadaní priečnych polí na zvýšenie hustoty. Spoločnosť na summite predstavila prototyp, ktorý obsahuje pamäť aj kontrolér na jednom čipe, a tvrdí, že dúfa, že táto technológia bude komercializovaná budúci rok, aj keď s konečnými výrobkami sa pravdepodobne neobjaví až v roku 2015. Crossbar tvrdí, že RRAM má 50 krát nižšia latencia ako flash NAND a že pevné disky (SSD) založené na tejto technológii nebudú vyžadovať vyrovnávacie pamäte DRAM a vyrovnávanie opotrebenia spoločné pre súčasné disky SSD založené na NAND.
Crossbar tvrdí, že má pracovné vzorky vyrobené spoločnosťou TSMC a jej prvým komerčným produktom bude zabudovaná pamäť používaná na SoC, ale nezverejnila mnoho podrobností. Bolo však hlásené, že spoločnosť dúfa, že vyrobí 1 TB čip, ktorý meria asi 200 štvorcových milimetrov.
SK Hynix, ktorý tiež pracuje na technológii, hovoril o výhodách RRAM pri ponúkaní nižšej latencie a lepšej výdrže ako NAND ao tom, ako to dáva zmysel v pamäti triedy storage. Zariadenia RRAM môžu byť vytvorené pomocou priečneho poľa alebo vertikálneho poľa, ako je napríklad 3D NAND, ale obe majú problémy. Výsledkom je, že SK Hynix uviedla, že prvé zariadenia RRAM, s najväčšou pravdepodobnosťou okolo roku 2015, budú dvakrát až trikrát drahšie ako blesky NAND a budú sa používať predovšetkým pre vysoko výkonné aplikácie.
Medzitým veľa ďalších spoločností pracuje v priestore. Aj keď spoločnosti Toshiba a SanDisk tento rok ukázali prototyp čipu, spoločnosť Sony od roku 2011 zobrazuje RRAM papiere a v roku 2015 spolupracuje s firmou Micron na vývoji čipu 16 GB. Ale aj keby pamäťová bunka a polia fungovali perfektne, stále by to trvalo dlho vyvinúť radiče a firmvér, aby boli životaschopné.
Vzhľadom na všetky humbuk, ktorý sprevádza nové technológie a tendenciu starších rozširovať sa ďalej, ako si ľudia myslia, je nepravdepodobné, že trhy s flash pamäťou NAND alebo trhy DRAM čoskoro zmiznú, a neprekvapilo by ma, keby RRAM trvala dlhšie vzlietnuť, ako si myslia jeho podporovatelia. Konečné výrobky sa budú pravdepodobne veľmi líšiť od prototypov, ktoré sa teraz zobrazujú. Začína sa však javiť, že spoločnosť RRAM niekedy v najbližších dvoch alebo troch rokoch urobí krok z laboratória na komerčný trh. Ak áno, mohlo by to mať výrazný vplyv na spôsob navrhovania systémov.
