5 революционни технологии
Преди години трудно можеше да се повярва, че огромна музикална колекция и снимки могат да се поместят в джобно устройство. Само за няколко десетилетия в областта на технологиите за съхраняване на данни се извършиха значителни промени, а появата на флаш паметта без преувеличение може да се нарече революция. Прогресът обаче не стои на едно място и следващата крачка вероятно ще станат чиповете, които ще съхраняват стотици филми с HD качество, или всички книги по света. За да станат тези мечти реалност, днес в лабораториите се създават нови технологии или пък значително се усъвършенстват старите.
Още преди 50 години физикът Ричард Фрейнман сподели вижданията си за „суперпаметта“. На лекция пред Американското физично общество (American Physical Society) той разсъждаваше, дали някога ще бъде възможно да се запишат 24-те тома на енциклопедия „Британика“ на главичка на топлийка. Физикът е изчислил, че всяка миниатюрна точка на всяка печатна буква преди това трябва да бъде намалена до 1000 атома – квадрат със страна 9 nm. Днес принципът на съхранение на информацията в електронните устройства разбира се се различава от условните разчети на Фрейнман, но размерът на единичния елемент е известен – около 40 nm в комерсиалните устройства, базирани на флаш памет.
През 2009 г. беше пуснат на пазара първият чип, на който могат да се запишат 64 Gbit данни, но Фрейнман вероятно е говорил за терабайти. Паметта от ново поколение ще използва нови материали, ще има време за достъп от единици наносекунди и ще съхранява информацията поне десетки години без презапис. Трудно е да се посочат ясни срокове, кога по магазините ще се появят „суперфлашки“, но милиардните доходи на полупроводниковата индустрия не позволяват да се съмняваме, че по въпроса вече се работи и вече има разработки от следващо поколение.
MRAM
MRAM (magnetoresistive random access memory – магниторезистивна памет с произволен достъп) е призвана да замени флаш паметта и е разработвана от няколко компании още от 1990-те години.
Конструкцията й представлява два тънки слоя феромагнитен материал, всеки разделен на клетки. Един от слоевете е постоянен магнит с постоянна посока на намагнитеност. Намагнитването на другия може да се променя на 180 градуса чрез прилагане на външно магнитно поле или напрежение. Взаимната ориентация на намагнитеност се възприема като 1 или 0. Това решение има своите силни и слаби страни. Към първите принадлежи енергонезависимост, възможност за бърз и прост контрол на намагнитеността и скорост на достъпа (няколко наносекунди). Към вторите се отнася тенденцията за промяна на състоянието на съседните клетки по време на презапис на един от битовете и това е много голям проблем за изследователите. Според физика Джеймс Скот от Кембридж, досега това препятствие не е отстранено. Капацитетът на чиповете е ограничен до 32 Mbit. Такива компании, като Hitachi и Toshiba обаче продължават да работят над MRAM.
FeRAM
FeRAM (ferroelectric random access memory – сегнетоелектрична памет с произволен достъп) е относително близка до флаш паметта. В нея се използват електрически явления за контрол на подобна на транзистор структура, но вместо свободни електрони, обект на управлението са електрически заряди в комплексни кристали, известни като фероелектрици или сегнетоелектрици. В тези диелектрици малко външно електрическо поле може да застави положително и отрицателно заредените йони да променят своите диполни моменти и да зададе стабилна електрическа поляризация. В зависимост от нейното направление, значението на сегнетоелектрическия бит се възприема като 0 или 1. Малкото приложено към кристала напрежение променя поляризацията и съответно състоянието на бита. Процесът протича много бързо – по-малко от наносекунда, и изисква незначителна мощност, а количеството записи далеч надвишава възможностите на флаш паметта – няколко милиарда.
FeRAM си има и ахилесова пета. „Проблемът е в това, че FeRAM е базирана на заряди“, - пояснява физикът Райнер Васер от RWTH Aachen University в Германия. За да се промени състоянието на сегнетоелектрика с приемлива скорост, редом трябва да се намират допълнителни заряди, затова всяка клетка на тази памет съдържа кондензатор, ограничаващ плътността на елементите. Към момента експертите не виждат възможност FeRAM да получи такъв капацитет на чипа, както флаш паметта. Независимо от това, ниската консумация може да намери приложение в такива задачи, където икономията е по-важна от капацитета. През миналата година Toshiba представи прототип на 128 МВ чип FeRAM.
PCRAM
PCRAM (phase-change random access memory – оперативна памет с промяна на фазовите състояния) е технология, подобна на тези, които се използват за презапис в оптичните дискове. Информацията се съхранява в атомни структури на материали, имащи две възможни фазови състояния – аморфно, сходно със стъклото с неподредени атоми, и кристално. В последния случай материалът е електропроводящ, докато в аморфно състояние той е изолатор. Подобен материал в PCRAM се намира между два електрода и за превключване между фазите е необходим лазерен импулс или електрически ток, за да се разтопи веществото. Продължителното въздействие води до формиране на кристална решетка, а при кратък импулс материалът се охлажда до аморфна фаза.
Недостатъкът на технологията се състои в необходимостта от енергия за нагряване на елементите на паметта до няколко стотин градуса, за което отива значително количество енергия, макар с намаляването на устройствата с PCRAM, намалява и консумираната мощност. Затова пък плътността на елементите на паметта е много висока – само няколко атома са нужни за създаване на клетка, способна да променя състоянието си от аморфно в кристално. Специалистите считат, че 5 nm е реално значение – 10 пъти по-малко отколкото при флаш паметта. Нещо повече, времето за превключване на PCRAM може да достига 1 ns. Но с намаляване на този параметър, стабилността на състоянието на материала намалява, затова засега скоростта на превключване е 10-100 пъти по-ниска от теоретичната. Задачата на инженерите днес е да постигнат оптимално съотношение скорост/стабилност. Неотдавна Samsung представи чип PCRAM с капацитет 512 МВ.
RRAM
RRAM (resistive random access memory – резистивна памет с произволен достъп) по плътност на елементите за съхраняване на битове, е сравнима с PCRAM. Само, че вместо промяна на фазово състояние под въздействието на топлина, тук се използва химична реакция. В качеството на материал за резистивната памет се използва непроводящ оксид. Когато към кристала се приложи високо напрежение, кислородните атоми започват да се разрушават. Кислородът остава след себе си „дупки“ и свободни електрони, способни да станат носители на заряди. „дупките“ се стремят да формират тесни редици или електропроводящи канали в диелектрика. Тези преходи създават устойчиви състояния на паметта, които се променят само под въздействието на високи значения на напрежение с определена полярност.
RRAM е бързодействаща технология с ниска консумация на енергия. По думите на Стен Уилямс от Hewlett-Packard Laboratories в Пало Алто, Калифорния, превключването на състоянията става за няколко наносекунди, а нужната енергия е много малка. Мащабът на битовете също е впечатляващ – до един нанометър. Впрочем, и тук съществува проблемът със стабилността. Ако бит с високо съпротивление е разположен зад такъв с ниско, тогава електрическият ток може да „засегне“ съседния участък и да промени неговото състояние. В момента Hewlett-Packard и други компании се опитват да преодолеят това препятствие.
RRAM може не само да съхранява информация. През 2008 г. Уилямс откри, че устройство на базата на резистивна памет има характеристиките на мемристор – теоретически четвъртият основен елемент на електрическата верига след резистора, кондензатора и индуктивността. Мемристорът се различава от обикновения резистор по способността да приема различни значения на съпротивлението в зависимост от заряда, който е минал през него. Това прави компонента модел на аналогова изчислителна единица на човешкия мозък, но с една уговорка – работи значително по-бързо от истински синапс и със значително по-малко енергия.
Racetrack memory
Повечето пътища към „суперпаметта“ водят през манипулирането на атомите и техните свойства в нанометров мащаб. Но някои учени вярват, че трябва да се обърне внимание на конструкцията на паметта. Например, триизмерната архитектура позволява да се направи нов пробив. В Racetrack паметта битовете се съхраняват във вид на миниатюрни магнитни домени, почти както е при твърдите дискове. Разликата е в това, че тези елементи на паметта не са монолитни блокове, а се държат като мъниста на магнитен нанопроводник.
Електрическият ток премества домените, преминаващи през четящите и записващите глави. Скоростта на процеса достига 200 метра в секунда, което е еквивалентно на време за четене от десетки наносекунди. Това е сравнимо със сегашните видове памет, но преимуществото на Racetrack memory е в капацитета. Плосък проводник с микрометрови размери може да съхранява данни с не по-малка плътност, отколкото флаш паметта. Истинският потенциал се крие в промяната на конфигурацията на нанопроводниците от двумерна на триизмерна, когато Racetrack memory може да съхранява стотици пъти повече битове в сравнение с флаш памет със същата площ. Но подобни прототипи все още няма.
Източник: PCWorld
Преди години трудно можеше да се повярва, че огромна музикална колекция и снимки могат да се поместят в джобно устройство. Само за няколко десетилетия в областта на технологиите за съхраняване на данни се извършиха значителни промени, а появата на флаш паметта без преувеличение може да се нарече революция. Прогресът обаче не стои на едно място и следващата крачка вероятно ще станат чиповете, които ще съхраняват стотици филми с HD качество, или всички книги по света. За да станат тези мечти реалност, днес в лабораториите се създават нови технологии или пък значително се усъвършенстват старите.
Още преди 50 години физикът Ричард Фрейнман сподели вижданията си за „суперпаметта“. На лекция пред Американското физично общество (American Physical Society) той разсъждаваше, дали някога ще бъде възможно да се запишат 24-те тома на енциклопедия „Британика“ на главичка на топлийка. Физикът е изчислил, че всяка миниатюрна точка на всяка печатна буква преди това трябва да бъде намалена до 1000 атома – квадрат със страна 9 nm. Днес принципът на съхранение на информацията в електронните устройства разбира се се различава от условните разчети на Фрейнман, но размерът на единичния елемент е известен – около 40 nm в комерсиалните устройства, базирани на флаш памет.
През 2009 г. беше пуснат на пазара първият чип, на който могат да се запишат 64 Gbit данни, но Фрейнман вероятно е говорил за терабайти. Паметта от ново поколение ще използва нови материали, ще има време за достъп от единици наносекунди и ще съхранява информацията поне десетки години без презапис. Трудно е да се посочат ясни срокове, кога по магазините ще се появят „суперфлашки“, но милиардните доходи на полупроводниковата индустрия не позволяват да се съмняваме, че по въпроса вече се работи и вече има разработки от следващо поколение.
MRAM
MRAM (magnetoresistive random access memory – магниторезистивна памет с произволен достъп) е призвана да замени флаш паметта и е разработвана от няколко компании още от 1990-те години.
Конструкцията й представлява два тънки слоя феромагнитен материал, всеки разделен на клетки. Един от слоевете е постоянен магнит с постоянна посока на намагнитеност. Намагнитването на другия може да се променя на 180 градуса чрез прилагане на външно магнитно поле или напрежение. Взаимната ориентация на намагнитеност се възприема като 1 или 0. Това решение има своите силни и слаби страни. Към първите принадлежи енергонезависимост, възможност за бърз и прост контрол на намагнитеността и скорост на достъпа (няколко наносекунди). Към вторите се отнася тенденцията за промяна на състоянието на съседните клетки по време на презапис на един от битовете и това е много голям проблем за изследователите. Според физика Джеймс Скот от Кембридж, досега това препятствие не е отстранено. Капацитетът на чиповете е ограничен до 32 Mbit. Такива компании, като Hitachi и Toshiba обаче продължават да работят над MRAM.
FeRAM
FeRAM (ferroelectric random access memory – сегнетоелектрична памет с произволен достъп) е относително близка до флаш паметта. В нея се използват електрически явления за контрол на подобна на транзистор структура, но вместо свободни електрони, обект на управлението са електрически заряди в комплексни кристали, известни като фероелектрици или сегнетоелектрици. В тези диелектрици малко външно електрическо поле може да застави положително и отрицателно заредените йони да променят своите диполни моменти и да зададе стабилна електрическа поляризация. В зависимост от нейното направление, значението на сегнетоелектрическия бит се възприема като 0 или 1. Малкото приложено към кристала напрежение променя поляризацията и съответно състоянието на бита. Процесът протича много бързо – по-малко от наносекунда, и изисква незначителна мощност, а количеството записи далеч надвишава възможностите на флаш паметта – няколко милиарда.
FeRAM си има и ахилесова пета. „Проблемът е в това, че FeRAM е базирана на заряди“, - пояснява физикът Райнер Васер от RWTH Aachen University в Германия. За да се промени състоянието на сегнетоелектрика с приемлива скорост, редом трябва да се намират допълнителни заряди, затова всяка клетка на тази памет съдържа кондензатор, ограничаващ плътността на елементите. Към момента експертите не виждат възможност FeRAM да получи такъв капацитет на чипа, както флаш паметта. Независимо от това, ниската консумация може да намери приложение в такива задачи, където икономията е по-важна от капацитета. През миналата година Toshiba представи прототип на 128 МВ чип FeRAM.
PCRAM
PCRAM (phase-change random access memory – оперативна памет с промяна на фазовите състояния) е технология, подобна на тези, които се използват за презапис в оптичните дискове. Информацията се съхранява в атомни структури на материали, имащи две възможни фазови състояния – аморфно, сходно със стъклото с неподредени атоми, и кристално. В последния случай материалът е електропроводящ, докато в аморфно състояние той е изолатор. Подобен материал в PCRAM се намира между два електрода и за превключване между фазите е необходим лазерен импулс или електрически ток, за да се разтопи веществото. Продължителното въздействие води до формиране на кристална решетка, а при кратък импулс материалът се охлажда до аморфна фаза.
Недостатъкът на технологията се състои в необходимостта от енергия за нагряване на елементите на паметта до няколко стотин градуса, за което отива значително количество енергия, макар с намаляването на устройствата с PCRAM, намалява и консумираната мощност. Затова пък плътността на елементите на паметта е много висока – само няколко атома са нужни за създаване на клетка, способна да променя състоянието си от аморфно в кристално. Специалистите считат, че 5 nm е реално значение – 10 пъти по-малко отколкото при флаш паметта. Нещо повече, времето за превключване на PCRAM може да достига 1 ns. Но с намаляване на този параметър, стабилността на състоянието на материала намалява, затова засега скоростта на превключване е 10-100 пъти по-ниска от теоретичната. Задачата на инженерите днес е да постигнат оптимално съотношение скорост/стабилност. Неотдавна Samsung представи чип PCRAM с капацитет 512 МВ.
RRAM
RRAM (resistive random access memory – резистивна памет с произволен достъп) по плътност на елементите за съхраняване на битове, е сравнима с PCRAM. Само, че вместо промяна на фазово състояние под въздействието на топлина, тук се използва химична реакция. В качеството на материал за резистивната памет се използва непроводящ оксид. Когато към кристала се приложи високо напрежение, кислородните атоми започват да се разрушават. Кислородът остава след себе си „дупки“ и свободни електрони, способни да станат носители на заряди. „дупките“ се стремят да формират тесни редици или електропроводящи канали в диелектрика. Тези преходи създават устойчиви състояния на паметта, които се променят само под въздействието на високи значения на напрежение с определена полярност.
RRAM е бързодействаща технология с ниска консумация на енергия. По думите на Стен Уилямс от Hewlett-Packard Laboratories в Пало Алто, Калифорния, превключването на състоянията става за няколко наносекунди, а нужната енергия е много малка. Мащабът на битовете също е впечатляващ – до един нанометър. Впрочем, и тук съществува проблемът със стабилността. Ако бит с високо съпротивление е разположен зад такъв с ниско, тогава електрическият ток може да „засегне“ съседния участък и да промени неговото състояние. В момента Hewlett-Packard и други компании се опитват да преодолеят това препятствие.
RRAM може не само да съхранява информация. През 2008 г. Уилямс откри, че устройство на базата на резистивна памет има характеристиките на мемристор – теоретически четвъртият основен елемент на електрическата верига след резистора, кондензатора и индуктивността. Мемристорът се различава от обикновения резистор по способността да приема различни значения на съпротивлението в зависимост от заряда, който е минал през него. Това прави компонента модел на аналогова изчислителна единица на човешкия мозък, но с една уговорка – работи значително по-бързо от истински синапс и със значително по-малко енергия.
Racetrack memory
Повечето пътища към „суперпаметта“ водят през манипулирането на атомите и техните свойства в нанометров мащаб. Но някои учени вярват, че трябва да се обърне внимание на конструкцията на паметта. Например, триизмерната архитектура позволява да се направи нов пробив. В Racetrack паметта битовете се съхраняват във вид на миниатюрни магнитни домени, почти както е при твърдите дискове. Разликата е в това, че тези елементи на паметта не са монолитни блокове, а се държат като мъниста на магнитен нанопроводник.
Електрическият ток премества домените, преминаващи през четящите и записващите глави. Скоростта на процеса достига 200 метра в секунда, което е еквивалентно на време за четене от десетки наносекунди. Това е сравнимо със сегашните видове памет, но преимуществото на Racetrack memory е в капацитета. Плосък проводник с микрометрови размери може да съхранява данни с не по-малка плътност, отколкото флаш паметта. Истинският потенциал се крие в промяната на конфигурацията на нанопроводниците от двумерна на триизмерна, когато Racetrack memory може да съхранява стотици пъти повече битове в сравнение с флаш памет със същата площ. Но подобни прототипи все още няма.
Източник: PCWorld
Коментари
Публикуване на коментар