Rram: nākamā zibatmiņas alternatīva

Vakar es rakstīju par problēmām, ar kurām saskaras tradicionālās NAND zibatmiņas veidotāji, kāda veida krātuvi mēs izmantojam mūsu viedtālruņos, planšetdatoros un SSD. Pēdējā desmitgadē zibatmiņa ir ārkārtīgi pieaugusi. Blīvums ir palielinājies, jo cenas ir strauji kritušās līdz vietai, kur tagad ir diezgan bieži redzēt mazus piezīmjdatorus, kas izmanto SSD, lai aizstātu cietos diskus un uzņēmumu sistēmas, kuras izmanto daudz zibspuldzes. Tas neaizvieto un neaizstās cietos diskus, kas joprojām ir lētāki un ietilpīgāki, taču tas ir devis daudz priekšrocību gan uzņēmumu, gan mobilajām atmiņas sistēmām. Tomēr šķiet, ka tradicionālā NAND zibspuldzes mērogošana tuvojas beigām, un rezultātā mēs redzam daudz vairāk aktivitāšu ap alternatīvām atmiņas formām.

Lai risinātu šos jautājumus, izstrādātāji ir mēģinājuši radīt jaunus nedzēšamas atmiņas veidus, vislielāko uzmanību pievēršot tādām lietām kā STT-MRAM, fāzes maiņas atmiņai un īpaši pretestīgajai brīvpiekļuves atmiņai (RRAM vai ReRAM). Lai gan ir daudz dažādu RRAM veidu, pamata šūna parasti sastāv no augšējā un apakšējā elektrodu, kas atdalīti ar starplikas materiālu. Kad tiek pielietots pozitīvs spriegums, veidojas vadoši pavedieni un caur materiālu plūst strāva; kad tiek pielikts negatīvs spriegums, pavedieni tiek salauzti, un starplika darbojas kā izolators.

RRAM un citas alternatīvas bieži vien tika izdomātas kā NAND zibatmiņas vai tradicionālās DRAM nomaiņas, taču vismaz sākotnēji tām tiek pievērsta īpaša uzmanība kā “uzglabāšanas klases atmiņai” (SCM), kas piedāvātu ātru pārsūtīšanu tieši uz centrālo procesoru (piemēram, DRAM) ir lielāks blīvums (piemēram, NAND Flash). Ideja ir tāda, ka jums varētu būt ļoti ātri pieejams daudz krātuves, nevis tikai neliels daudzums ļoti ātras DRAM un pēc tam lielāks relatīvi lēnākas zibspuldzes daudzums (parasti tas tiek dublēts ar vēl lēnākiem, bet ietilpīgākiem cietajiem diskiem). Šī darba veikšanas atslēga ir neliela "šūnas lieluma" iegūšana atmiņas bitu glabāšanai, šūnu savienošanai un veida atrašanai par saprātīgu cenu. Protams, sistēmas un programmatūra arī būs jāpārveido, lai izmantotu šīs papildu glabāšanas līmeņus.

Koncepcija tiek ilgi pētīta. Atpakaļ 2010. gadā Unity Semiconductor (tagad pieder Rambus) parādīja 64 MB ReRAM mikroshēmu. HP pēdējos gadus ir runājis par savu memristoru tehnoloģiju, kas ir ReRAM forma, un uzņēmums paziņoja par plānu sadarboties ar Hynix Semiconductor, lai līdz 2013. gada vasarai sāktu NAND zibspuldzes nomaiņu. Tas acīmredzot vēl nav noticis, bet šķiet, ka ReRAM jomā ir vērojams liels progress.

Starptautiskajā cietvielu shēmu konferencē (ISSCC) šogad Toshiba un SanDisk (kas ir zibatmiņas partneri) demonstrēja 32 Gb lielu ReRAM mikroshēmu, un pagājušās nedēļas augstākā līmeņa sanāksmē par zibatmiņu vairāki uzņēmumi demonstrēja jaunas tehnoloģijas, kas riņķo apkārt. RRAM tehnoloģija.

Viens no visinteresantākajiem ir Crossbar, kurā tiek izmantotas RRAM šūnas, kas balstītas uz sudraba joniem, kas savienotas kopā "šķērsstieņa masīva" izkārtojumā, lai palielinātu blīvumu. Uzņēmums samitā parādīja prototipu, ieskaitot gan atmiņu, gan kontrolieri vienā mikroshēmā, un saka, ka cer, ka tehnoloģija tiks laista tirgū nākamgad, lai gan ar galaproduktiem, visticamāk, neparādīsies līdz 2015. gadam. Crossbar saka, ka tā RRAM ir 50 reizes zemāks latentums nekā NAND zibspuldze, un ka cietvielu diskiem (SSD), kuru pamatā ir šī tehnoloģija, nebūs nepieciešami DRAM kešatmiņas un nodiluma līmeņu līmeņi, kas kopīgi mūsdienu NAND balstītajiem SSD.

Crossbar saka, ka tam ir darba paraugi, ko ražo TSMC, un tā pirmais komerciālais produkts būs iegultās atmiņas, kas tiek izmantotas SoC, taču tā nav atklājusi daudz detaļu. Tomēr tiek ziņots, ka uzņēmums cer ražot 1 TB mikroshēmu, kuras izmērs ir aptuveni 200 kvadrātmilimetri.

SK Hynix, kas arī strādā pie šīs tehnoloģijas, ir runājis par RRAM priekšrocībām, piedāvājot zemāku latentumu un labāku izturību nekā NAND, un cik tam ir jēgas krātuves klases atmiņā. RRAM ierīces var veidot ar šķērsstieņa masīvu vai ar vertikālu masīvu, piemēram, 3D NAND, taču abiem ir problēmas. Tā rezultātā SK Hynix sacīja, ka pirmās RRAM ierīces, visticamāk, ap 2015. gadu, būs divas līdz trīs reizes dārgākas nekā NAND zibspuldze un galvenokārt tiks izmantotas nišas augstas veiktspējas lietojumprogrammām.

Tikmēr kosmosā strādā daudz citu uzņēmumu. Kamēr Toshiba un SanDisk šogad parādīja mikroshēmas prototipu, Sony kopš 2011. gada rāda RRAM dokumentus un sadarbojas ar Micron, lai 2015. gadā izstrādātu 16 Gb mikroshēmu. Bet pat tad, ja atmiņas šūna un masīvi darbotos nevainojami, tas joprojām prasītu daudz laika attīstīt kontrolierus un programmaparatūru, lai tie būtu dzīvotspējīgi.

Ņemot vērā visu jauno tehnoloģiju pievienoto jaudu un tendenci, ka vecākās tehnoloģijas mērogojas plašāk, nekā cilvēki domā, maz ticams, ka NAND zibatmiņa vai DRAM tirgi drīz pazudīs, un nebūtu pārsteigums, ka RRAM vajadzēs ilgāku laiku pacelieties, nekā domā tā atbalstītāji. Gatavie produkti, iespējams, ļoti atšķirsies no tiem prototipiem, kas tagad tiek parādīti. Bet sāk parādīties, ka RRAM kādreiz nākamo divu vai trīs gadu laikā veiks lēcienu no laboratorijas uz komerciālo tirgus laukumu. Ja tā, tas varētu nopietni ietekmēt sistēmu projektēšanu.