Szerző: Bodnár Ádám

2011. július 01. 10:22:00

Több adatbitet is tud tárolni egy cellában az IBM übermemóriája

Egy memóriacellában több bitnyi adatot is tárol az IBM által kifejlesztett 90 nanométeres PRAM chip. A phase-change memory (PCM vagy másképp PRAM) egyesíti a DRAM és a flash előnyeit, gyors, olcsó, tartós és nem felejt. Egyes elképzelések szerint ez lehet a számítógépekben és elektronikai eszközökben az operatív tárat és a háttértárat egyaránt leváltó univerzális übermemória.

Mi az a PRAM?

A PRAM, azaz phase change RAM chipekben az anyag állapotváltozásán alapul az adattárolás. Az eljárás arra a fizikai jelenségre épül, hogy az anyagok másmilyen kristályszerkezetbe rendeződnek, ha az olvadáspontjuk feletti vagy az alatti állapotból hűlnek ki. A PRAM írásakor megváltozik az adatot tároló cella hordozóanyagának kristályszerkezete, ami befolyásolja annak elektronikus vezetési tulajdonságait - a nagy ellenállást eredményező állapot jelentheti az 1-est, az alacsony pedig a 0-t. Mivel egyik állapot fenntartásához sem kell energia, ezért a flash memóriához hasonlóan a PRAM is megőrzi tartalmát kikapcsolt állapotban.

A PRAM tranzisztorok helyett diódákat alkalmaz, amelyek kisebbek, így adott csíkszélességű technológia mellett a PRAM lapkák nagyobb adatsűrűséget és kapacitást nyújthatnak a flash és DRAM chipeknél, emellett jóval gyorsabbak is. Mivel az anyag termikus állapotváltozására építő PRAM nem tárol elektromos töltést, ezért sokkal ellenállóbb a bithibákkal és az elektromágneses sugárzással szemben mint a flash memória, valamint fáradása is sokkal lassabb, a kutatási eredmények alapján legalább 10 de akár a 100 millió írási ciklus elérése is lehetséges - szemben a flash chipek által elérhető néhány tízezer ciklussal.

Több adatbit egy cellában = olcsóbb az egységnyi kapacitás

Az IBM zürichi kutatólaborjában most olyan áttörést értek el a mérnökök és fizikusok, amely lehetővé teszi a korábbiaknál nagyobb kapacitású, olcsóbb, ugyanakkor tartósabb PRAM chipek előállítását, mégpedig egy memóriacellában több adatbit tárolásával. Eddig is voltak az iparban kísérletek "multibit" PRAM chipekkel, azonban az IBM-en kívül egyik cégnek sem sikerült úrrá lennie a "drift" jelenségen, vagyis amikor az egyik adatbit módosítása miatt idővel a másik adatbit ellenállása is megváltozik és ezzel az adatbit értéke is átfordul. Megbízható adattárolást eddig kizárólag cellánként egy bitet tároló PRAM eszközök tudtak felmutatni.

Machine learning és Scrum alapozó képzések indulnak! (x) A HWSW októberben induló gyakorlatorientált, 10 alkalmas, 30 órás online képzéseire most early bird kedvezménnyel lehet regisztrálni!

Annak érdekében, hogy több adatbit tárolása esetén se lépjen fel "drift" jelenség, vagyis ne változzon az adatokat tároló cellák ellenállása, az IBM kutatói módosították az írási és olvasási folyamatot, egy iteratív írási megoldás segítségével sikerült a folyamatot függetleníteni a memóriacellák varianciájától. A gyakorlatban ez úgy működik, hogy az anyag szerkezetét és ezzel az ellenállását megváltoztató feszültségimpulzus bevezetése után megmérik az ellenállást, és ha az nem éri el a kívánt szintet, újabb feszültségimpulzus és újabb mérés következik, egészen addig, amíg az ellenállás nem éri el a kívánt szintet, magyarázza Dr. Haris Pozidis, az IBM Research memóriatechnológiákért felelős vezetője. Az iteratív folyamat ellenére az írás késleltetése legrosszabb esetben 10 milliomod másodperc, ami százszor jobb még a leggyorsabb flash memóriánál is.

A "drift" jelenség kiszűrésére bevetett modulációkódolási technika alapja, hogy a különböző ellenállású programozott cellák relatív sorrendje nem változik a "drift" ellenére sem. A vállalat ezzel a módszerrel dolgozva megbízhatóan tárolt adatokat egy 200 ezer cellából álló multibites tesztchipen, amelyet 90 nanométeres CMOS technológiával gyártottak - a beírt információ 5 hónappal később is visszaolvasható volt. Az IBM szerint ez egyértelműen bizonyítja, hogy a multibites PRAM chipek hamarosan készen állnak a gyakorlati bevetésre. "A vállalati alkalmazáshoz is elegendő megbízhatóságú multibites phase-change memóriatechnológia bemutatásával nagy lépést tettünk afelé, hogy használható PRAM memóriaeszközök jelenhessenek meg" - mondta Dr. Pozidis.

Meddig kell még várni?

Az évtizedek óta fejlesztett PRAM, azaz phase-change RAM elterjedése az ezredforduló óta terítéken van ez elektronikai iparban, mint a flash-t és a DRAM-ot potenciálisan leváltó technológia, azonban a félvezetőgyártás fejlődése miatt egyelőre sem a DRAM, sem a flash nem ütközött olyan fizikai korlátokba, amelyek megakadályozták volna a kapacitás és a sebesség további költséghatékony növelését.

Az előző évtizedben még úgy tűnt, a 2010-es évek elején meg fog indulni a PRAM chipek tömeges  elterjedése, azonban ez a mai napig nem történt meg, amit az egységnyi kapacitásra vetített magas gyártási költségek magyaráznak - a flash memória továbbfejlesztése egyelőre költséghatékonyabb. Ez azonban nem lesz mindig így, figyelembe véve a PRAM több nagyságrendi előnyeit a sebesség és a strapabírás, vagyis kibírt írás-olvasási ciklusok terén. Az iparágban egyetértés mutatkozik abban a tekintetben, hogy a flash már csak egy-két gyártásátechnológiai generációt él meg, ezt követően alkalmatlan lesz a gazdaságos skálázásra a fizikai korlátok miatt. A csíkszélesség csökkenésével a flash memória egyre megbízhatatlanabb és sérülékenyebb, ezért bonyolult és költséges hibajavító áramköröket kell a chipekbe építeni, amelyek kiküszöbölik ezeket a hatásokat.

A vezető chipgyártók közül az IBM mellett az Intel és a Samsung is demonstrált már saját PRAM technológiát., az Intel pedig mintapéldányokat is szállított a partnerei számára. Mivel a lapkák előállításához a meglevő félvezetőgyártási berendezéseket és eljárásokat fel lehet használni, nincs szükség drága technológiai váltásra, valószínűleg azon nyomban meg fog indulni a kereskedelmi tömegtermelés, amint a flash memória zsugorítása eléri a gazdaságossági küszöböt.

a címlapról