Video: Basics of Nonvolatile Memories: MRAM, RRAM, and PRAM - Presented by Fatih Hamzaoglu (Oktober 2024)
Včeraj sem pisal o težavah, s katerimi se soočajo izdelovalci tradicionalnega bliskovnega pomnilnika NAND, vrste shranjevanja, ki ga uporabljamo v naših pametnih telefonih, tablicah in SSD-jih. Flash pomnilnik je v zadnjem desetletju izjemno narastel. Gostota se je povečala, ko so cene hitro padale do točke, ko je zdaj precej običajno videti majhne prenosnike, ki uporabljajo trde diske za zamenjavo trdih diskov, in poslovne sisteme, ki uporabljajo veliko bliskavice. Trdi diski sicer - in ne bodo - nadomeščajo, ki ostajajo cenejši in prostornejši, vendar so prinesli veliko prednosti tako podjetniškim kot mobilnim sistemom za shranjevanje. Vendar se zdi, da se tradicionalno skaliranje bliskavice NAND bliža koncu, zato smo opazili veliko več aktivnosti glede alternativnih oblik pomnilnika.
Za reševanje teh težav razvijalci poskušajo ustvariti nove vrste nehlapnega pomnilnika, pri čemer bodo največ pozornosti namenili stvarem, kot so STT-MRAM, pomnilnik faznih sprememb in še posebej uporni RAM z naključnim dostopom (RRAM ali ReRAM). Čeprav obstaja veliko različnih vrst RRAM-a, osnovno celico običajno sestavljata zgornja in spodnja elektroda, ločena z distančnim materialom. Ko se uporabi pozitivna napetost, nastajajo prevodni filamenti in skozi material teče tok; ob negativni napetosti se nitke zlomijo in distančnik deluje kot izolator.
RRAM in druge alternative so bile pogosto najprej zamišljene kot nadomestki za NAND flash ali za tradicionalni DRAM, vendar vsaj na začetku dobijo posebno pozornost kot "pomnilniški razred pomnilnika" (SCM), ki bi ponujal hiter prenos neposredno v CPU (kot DRAM) imajo višjo gostoto (kot NAND Flash). Ideja je ta, da bi do številnih pomnilnikov lahko dostopali zelo hitro, namesto le majhne količine zelo hitrega pomnilnika DRAM in nato večje količine relativno počasnejše bliskavice (ponavadi podprte s še počasnejšimi, a bolj zmogljivimi trdi diski). Ključnega pomena za to delo je pridobitev majhne velikosti celice za shranjevanje bitov pomnilnika, povezovanje celic skupaj in iskanje načina za izdelavo tega po ugodni ceni. Seveda bi bilo treba preurediti tudi sisteme in programsko opremo, da bi izkoristili te dodatne ravni pomnilniškega prostora.
Koncept je bil dolgo raziskan. Leta 2010 je Unity Semiconductor (zdaj je v lasti Rambusa) pokazal 64Mb ReRAM čip. HP govori o svoji memistorski tehnologiji, obliki ReRAM-a, zadnjih nekaj let, družba pa je napovedala načrt sodelovanja s Hynix Semiconductor, da bi do poletja 2013. uvedla zamenjavo za bliskavico NAND. To se očitno še ni zgodilo, vendar se zdi, da se na področju ReRAM-a dogaja veliko napredka.
Na letošnji mednarodni konferenci o trdnih tokokrogih (ISSCC) sta Toshiba in SanDisk (ki sta partnerja v bliskovnem pomnilniku) pokazala čip 32Gb ReRAM in na prejšnjem tednu Flash Memory Summit so številna podjetja pokazala nove tehnologije, ki se vrtijo okoli RRAM tehnologija.
Ena najbolj zanimivih je Crossbar, ki uporablja RRAM celice, ki temeljijo na srebrovih ionih, povezane v postavitvi "crossbar array" za povečanje gostote. Podjetje je na vrhu pokazalo prototip, vključno s pomnilnikom in krmilnikom na enem samem čipu, in pravi, da upa, da bo tehnologija prodana prihodnje leto, čeprav se končni izdelki ne bodo pojavili do leta 2015. Crossbar pravi, da ima RRAM 50 krat nižja zakasnitev od bliskavice NAND in za trdne diske (SSD), ki temeljijo na tej tehnologiji, ne bodo potrebni predpomnilniki DRAM in izravnava obrabe, ki so skupni današnjim SSD diskom na osnovi NAND.
Crossbar pravi, da ima delovne vzorce, ki jih izdeluje TSMC, njen prvi komercialni izdelek pa bo vgrajeni pomnilnik, ki se uporablja na SoC, vendar ni razkril veliko podrobnosti. Vendar pa poročajo, da podjetje upa izdelati 1Tb čip, ki meri približno 200 kvadratnih milimetrov.
SK Hynix, ki se ukvarja tudi s tehnologijo, je govoril o prednostih RRAM-a v tem, da ponuja nižjo zamudo in boljšo vzdržljivost kot NAND in kako je to smiselno pri pomnilniškem razredu. Naprave RRAM se lahko oblikujejo s prečnim nizom ali z navpičnim nizom, kot je 3D NAND, vendar imata obe izzive. Kot rezultat tega je SK Hynix dejal, da bodo prve naprave RRAM, najverjetneje okoli leta 2015, dva do trikrat dražje od bliskavice NAND in se bodo uporabljale predvsem za nišne visokozmogljive aplikacije.
Medtem v prostoru deluje veliko drugih podjetij. Medtem ko sta Toshiba in SanDisk letos pokazala prototipni čip, Sony prikazuje papirje RRAM od leta 2011 in z Micronom sodeluje pri razvoju čipa 16Gb leta 2015. Toda tudi če bi pomnilniška celica in nizi delovali brezhibno, bi to še vedno trajalo razviti krmilnike in vdelano programsko opremo, da bodo lahko izvedljivi.
Glede na vse hype, ki spremljajo nove tehnologije in nagnjenost, da se starejši razširijo dlje, kot si ljudje mislijo, je malo verjetno, da bodo bliskovni pomnilniki NAND ali DRAM kmalu kmalu izginili, zato me ne bi presenetilo, da RRAM traja dlje vzleteti, kot mislijo njeni podporniki. Končni izdelki se bodo verjetno zelo razlikovali od prikazanih prototipov. Toda začenja se videti, da bo RRAM skok iz laboratorija na komercialno tržišče nekje v naslednjih dveh ali treh letih. V tem primeru bi to lahko močno vplivalo na načrtovanje sistemov.
