wersja mobilna
Online: 583 Sobota, 2016.12.10

Biznes

W poszukiwaniu pamięci uniwersalnej

poniedziałek, 09 lipca 2007 17:03

Przemysł półprzewodnikowy od lat poszukuje pamięci o charakterze uniwersalnym. Byłaby ona zdolna przechowywać dane po zaniku zasilania (pamięć nieulotna), charakteryzowałaby się krótkim czasem dostępu, szybkim zapisem, dużą pojemnością oraz niską ceną. Jej właściwości pozwalałby zastępować nią rozwiązania takie jak DRAM, SRAM, Flash i przejąć rynek wart obecnie około 50 miliardów dolarów.Brak takiej pamięci wymusza stosowanie rozwiązań pośrednich. Przyjmują one formę skomplikowanych i drogich hybryd, w których zintegrowano kilka rodzajów pamięci.

Przykładowo firma Samsung oferuje połączenie pamięci Flash i DRAM – w jednej obudowie zamkniętych jest osiem układów scalonych. Umożliwia to telefonom komórkowym przechowywanie do 3,2Gb danych. Analityk z Semico Research dodaje, że taka hybryda wykorzystywana jest przez zwyczajny telefon komórkowy. Podkreśla tym samym jak daleko posunęła się technologia produkcji pamięci i że przestaje być wystarczająca na dzisiejsze potrzeby.

Firma iSuppli przewiduje, że rynek pamięci w 2019 roku będzie wart 76 mld dolarów. Zdominuje go technologia łącząca w sobie największą liczbę zalet spośród obecnie używanych rozwiązań. Firma, której uda się stworzyć taki układ, może liczyć na ogromne zyski. Wielu ekspertów ma wątpliwości, czy wynalezienie uniwersalnej pamięci będzie kiedykolwiek możliwe.

Podobnego zdania jest pracownik firmy Intel pracujący nad technologią PCM (Phase-Change Memory), która być może zastąpi pewnego dnia układy Flash. Nie wyobraża on sobie powstania uniwersalnej pamięci w najbliższej przyszłości. Problemem są wygórowane wymagania, takie jak duża szybkość pracy, niska cena, zachowywanie danych po utracie zasilania. Pogodzenie tych wszystkich potrzeb będzie wyjątkowo trudne.

Pewne wymagania wzajemnie się wykluczają. Przykładowo szybka pamięć (np. SRAM) potrzebuje niewielkiej energii do zmiany stanu pojedynczego bitu. Z drugiej strony zwiększenie energii zapisu wydłuża czas przechowywania danych. W efekcie niezwykle trudno jest pogodzić szybkość pracy z długoterminowym podtrzymaniem informacji.

Przemysł poświęca więcej wysiłku niż kiedykolwiek na badanie i rozwój nowych metod wytwarzania pamięci. Analityk z firmy inwestycyjnej Kalydus Asset Advisors dodaje, że środki na rozwój tego sektora są zwiększane szybciej niż w jakiejkolwiek innej branży półprzewodnikowej.

Największe nadzieje wiązane są z technologiami takimi jak PCM, FRAM (Ferroelectric Random-Access Memory) oraz MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory). Inny, obiecujący kierunek badań prowadzi firma Nantero wykorzystując nanorurki węglowe.

Obecne możliwości techniczne są niewystarczające do rozprzestrzenienia nowych pamięci na szeroką skalę. Wynika to ze stosunkowo małej pojemności (4Mb, jakie oferuje FRAM w stosunku do 8Gb oferowanych przez układy Flash). Firmy Texas Instruments oraz Ramtron współpracują nad stworzeniem bardziej pojemnych pamięci FRAM. Mają one znaleźć zastosowanie w zaawansowanych kartach pamięci oraz w urządzeniach o bardzo małym poborze mocy.

Technologia PCM jest rozwijana przez firmy Hynix, Infineon, Intel, Samsung, STMicrolectronics i kilka innych. Pamięć ta może zdeklasować konkurentów ze względu na małe wymiary pojedynczej komórki i niższą cenę. Z wad należy wymienić relatywnie duże zapotrzebowanie na energię i wrażliwość na temperaturę. Po przezwyciężeniu tych problemów, układy PCM mogą stać się zamiennikami pamięci Flash.

Tabela. Zyski ze sprzedaży pamięci i prognozy (mld dol.), źródło: iSuppli
Typ20042009Roczny wzrost
2004-09
DRAM26,533,55%
SRAM3,22,7-4%
NOR Flash8,37,9-1%
NAND Flash6,615,919%
EPROM, EEPROM oraz ROM2,22,0-2%
Suma46,862,05%

Firma Freescale Semiconductor zaangażowana jest w rozwój MRAM. Wprowadzone zostały na rynek pierwsze układy o pojemności 4Mb. W rozwoju tej technologii uczestniczą również inne firmy, takie jak Hewlett-Packard, Honeywell, IBM, Infineon, Micron Technology, NEC, NVE, Renesas Technology oraz Samsung, lecz żadna z tych firm nie planuje obecnie sprzedaży układów MRAM.

Dyrektor odpowiedzialny za technologię MRAM w firmie Freescale Semiconductor uważa, że taki sposób wytwarzania pamięci jest dobrą alternatywą. Cechuje je duża szybkość i trwałość. Nie oczekuje jednak zbyt szybkiej wymiany obecnie stosowanych układów na MRAM.

Firma Nantero przedstawia technologię wykorzystującą nanorurki węglowe jako pozbawioną fizycznych barier. Uważa, że może się ona stać pamięcią uniwersalną, odpowiednią do wszelkich zastosowań. Na weryfikację tych zapewnień przyjdzie poczekać, gdyż badania trwają i pamięci te są jeszcze dalekie od wprowadzenia do sprzedaży.

Dostępne prognozy oceniające rynek pamięci w przyszłości są zachęcające. Warto mieć na uwadze, że ogromna pojemność współczesnych pamięci Flash została osiągnięta na przestrzeni 10 lat – obecnie 8Gb, a w roku 1995 było to „tylko” 16Mb. Pozostaje mieć nadzieję, że postęp technologiczny oraz badania dużych firm pozwolą stworzyć uniwersalną pamięć. Dzięki temu elektronika zyska nowy wymiar i stanie się jeszcze bardziej przyjazna i niezawodna.

Krótki przegląd nowych technologii

PCM (Phase-Change Memory) lub PRAM

Do przechowywanie informacji wykorzystywane jest unikalne zachowanie związków szkła lub germanu. Pod wpływem czynnika zewnętrznego (światło lasera lub impulsu prądu) zmieniane są fizyczne właściwości materiału: ze stanu krystalicznego na amorficzny lub odwrotnie. Wyłączenie zasilania nie powoduje powrotu do poprzedniej postaci, więc taka pamięć jest nieulotna.

NRAM (carbon Nanotubes Random-Access Memory)

Pamięć ta jest rozwijana z wykorzystaniem nanotechnologii. Charakteryzuje się dużym zagęszczeniem komórek pamięci, nieulotnością oraz dostępem swobodnym do danych. Przechowywanie pojedynczego bitu polega na odpowiednim ułożeniu nanorurki węglowej. Uniesiona nanorurka, która nie dotyka podłoża, jest odczytywana jako stan niski, natomiast opuszczona, dotykająca podłoża, jest interpretowana jako logiczna jedynka. Zmiana położenia odbywa się poprzez podanie zewnętrznego pola elektrycznego.

Potencjalnym obszarem zastosowań NRAM są odtwarzacze MP3, PDA, komputery i serwery. Te ostatnie będą mogły rozpocząć pracę natychmiast po włączeniu, gdyż nie będzie konieczne wczytywanie oprogramowania z dysku twardego. Technologia produkcji jest kompatybilna z obecnie stosowanymi procesami w fabrykach półprzewodników. Jest to dużą zaletą, gdyż zmniejszy koszty przystosowania parku maszynowego do produkcji nowych pamięci.

FRAM (Ferroelectric Random-Access Memory)

Technologia ta opiera się na małych kryształach ferroelektrycznych wbudowanych w kondensator, co pozwala na szybką pracę pamięci. Polaryzacja kryształu jest przenoszona pomiędzy dwoma stanami pod wpływem pola elektrycznego. W efekcie otrzymuje się dwa poziomy logiczne: niski lub wysoki. Oba stany są stabilne i nie ulegają zmianie nawet po wyłączeniu zasilania – informacje zgromadzone w pamięci nie są wtedy tracone. Kierunek polaryzacji kryształu jest sprawdzany przez wbudowany kontroler, a odczyt danych polega na pomiarze pochłanianej energii po kolejnym przyłożeniu napięcia – wiąże się to z koniecznością regeneracji zapisu w komórce.

MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory)

Zasada pracy MRAM wykorzystuje zjawiska magnetyczne i materiał ferromagnetyczny. Pod wpływem pola elektrycznego pojedyncza komórka może zostać namagnesowana lub rozmagnesowana. Podczas odczytu sprawdzany jest stan namagnesowania ferromagnetyka. Jest on niezależny od zasilania, więc po jego wyłączeniu dane nie zostaną stracone. Dodatkową zaletą jest duża szybkość pracy oraz wytrzymałość. Podobnie jak w przypadku NRAM, komputery wyposażone w ten rodzaj pamięci będą mogły rozpocząć pracę od razu po włączeniu.

Jakub Borzdyński

 

World News 24h

piątek, 09 grudnia 2016 16:12

Nantero has raised $21 million in funding for its carbon nanotube memory devices, which are an alternative to mainstream semiconductor chips. The Woburn, Mass.-based company makes nonvolatile random access memory (NRAM), which can be used in a variety of products, such as smartphones, tablets, enterprise systems, and notebook and desktop computers, as well as applications in the automotive and industrial markets.

więcej na: venturebeat.com

Produkty