Háromdimenziós PRAM chipet fejlesztett ki az Intel

Az Intel és az STMicroelectronics által közösen tulajdonolt Numonyx ma közölte, hogy újabb áttörést értek el a phase-change, vagyis az anyag atomstrukturájának megváltozására építő mikroelektronikai technológiában. Az áttörés lényege, hogy sikeresen tudtak egymásra rétegelni tömböket, így függőlegesen, 3D-dimenzióban integráltak memóriacellákat tudtak produkálni, a szilíciumterület növelése nélkül fokozva a kapacitást. 3D-s rétegzési kutatások folynak a NAND flash területén is, amelyeket a Toshiba és a Samsung vezet, a kereskedelmi bevezetésük 2-3 év múlva várható.

Áttörés

A mérnökök az eredményeket a december 9-én publikálják a félvezetőipar éves rendes találkozóján, az IEDM-en. A cégek eddigi közlése szerint az áttörést úgy sikerült elérni, hogy az állapotváltó elemet egy új, kétállású kapcsolóval sikerült összefésülni egy keresztrácsos szervezésben úgy, hogy a vezérlés 3D-ben is működjön. A kutatóknak olyan kapcsolót sikerült találniuk, melynek elektronikai és fizikai jellemzői kompatibilisek az állapotváltó memóriaanyaggal, aminek jelentősége, hogy lehetővé teszi az integrált gyártást.

^{Keresztrácsos szervezésű 2D PRAM cella; forrás: IBM}

Az Intel állítása szerint a sűrűség növekedésével a memória megőrzi teljesítménybeli jellemzőit. A cég mérése szerint 9 nanoszekundum alatt megtörténik az anyag visszarendezés amorf állapotba, amit legalább 1 milliószor lehet elvégezni, mielőtt anyagfáradás lép fel. Ezek versenyképes értékek, a ma ismert NOR architektúrájú flash chipek előbbi törlési sebessége néhányszor 10 nanoszekundum, míg a NAND-oké két nagyságrenddel lassabb, és felépítése sem alkalmas arra, hogy bitszintű random manipulációt végezzen, ahogyan a PRAM vagy a NOR.

A legtartósabb flash chipek elvileg képesek 1 millió írási ciklus elviselésére, a mainstream azonban ennél sokkal kevesebbet bír, háttértárként azonban tipikusan nincs is igény néhány tízezer ciklusnál többre - a kutatások szerint a PRAM képes lehet több tízmillió ciklusnak is ellenállni. Ezen felül a PRAM a NAND-nál egy nagyságrenddel nagyobb kiolvasási sebességet ígér, ami egy SSD esetében már 1 GB/s feletti átviteli sebességet is jelenthetne, vagyis beleütközne a jelenlegi SATA 3.0 specifikáció határaiba. Az Intel és a Numonyx azonban csak 2011-re várja a PRAM termelésének felfuttatását.

A phase-change memory, avagy a PRAM területén már negyven éve folynak a kutatások, a kereskedelmi érettséget azonban csak most érte el a technológia, elsőként idén szeptemberben a Samsung Electronics bocsátott piaci forgalomba PRAM chipeket, 60 nanométeres eljárással és 512 megabites kapacitással, melyeket elsősorban mobiltelefonokba és más beágyazott területekre szán a NOR és DRAM együttes kiváltására. Az Intel és az STMicroelectronics vegyesvállalata, a Numonyx év végére 1 gigabites chipet kíván előállítani 45 nanométeres technológiával. Összevetésképpen a jelenleg legfejlettebb NAND-chipek 32-34 nanométeren készülnek.

Mi is az a PRAM?

A jelenleg elterjedt memóriatechnológiákkal ellentétben a PRAM nem tranzisztorokat vagy kondenzátorokat használ a bitek tárolására, hanem diódákat és az alkalmazott anyag állapotváltozására épít, pontosabban a két állapot különböző vezetési tulajdonságai jelentik a 0 (kvázi szigetelés) és 1 (jó vezetés) biteket.

A működés arra a fizikai jelenségre épül, hogy az olyan anyagok, mint amilyen a germánium-antimon, másmilyen kristályszerkezetbe rendeződnek, ha az olvadáspontjuk feletti vagy az alatti, kristályosodó állapotból hűlnek vissza, ez pedig eltérő elektromos vezetési tulajdonsághoz vezet. A kristályos, olvadás alatti állapotból történő kihűlés vezetéshez vezet, a felforralás amorf molekuláris struktúrához vezet, ami szigetel. Az állapot fenntartásához a PRAM esetében sincs szükség áramellátásra, így alacsony fogyasztás mellett tartalmát a kikapcsolást követően is megtartja, ahogyan egy merevlemez, vagy egy memóriakártya.

A PRAM azért foglalkoztatja az ipart, mert gyártástechnológiai oldalról viszonylag olcsón bevezethető, hosszabb távon is miniatürizálhatónak ígérkezik, miközben jellemzői esélyessé teszi arra, hogy univerzális memóriaként kiváltsa a háttértárat és RAM-ot is, lehetővé téve akár az egységes memóriaarchitektúrájú rendszereket is, melyekben a szoftverek és adatok villámgyorsan hozzáférhetőek az adattárolóról a processzor számára, nem szükséges először az operatív DRAM-ba tölteni a lassú háttértárról. Ez a koncepció elsősorban a beágyazott és mobil területeken lehet nyerő, ahol különösen erősek a költség-, méret- és fogyasztásbeli megfontolások, miközben nincs szükség az aktuális csúcsteljesítményre.