по дисциплине «Периферийные устройства» На тему: «твердотельные накопители» (стр. 3 из 5)
В технологическом плане память FRAM является потомком современных типов памяти и воплощает их лучшие черты — энергонезависимость и высокую скорость работы, поэтому ее можно считать реальным претендентом на роль базовой технологии для создания постоянных запоминающих устройств нового поколения.
Однако несмотря на то, что большая часть проблем, присущих данной памяти, уже преодолена (например, проблема старения материала), некоторые вопросы использования данной технологии до сих пор остаются открытыми.
Magnetic RAM (MRAM)
Другим типом памяти, перспективность которого тоже оценивают сегодня довольно высоко, является магниторезистивная память (Magnetic RAM, MRAM), которая также энергонезависима и имеет сравнительно высокие скоростные показатели. В качестве элементарной ячейки в устройствах MRAM применяется тонкая магнитная пленка на кремниевой подложке. MRAM — это статическая память, она не требует периодической перезаписи и при выключении питания записанная информация не теряется.
Сегодня многие специалисты называют MRAM технологией памяти следующего поколения, поскольку скоростные показатели существующих прототипов очень высоки: по данным компании IBM, время записи в MRAM не превышает 2,3 нс, что более чем в тысячу раз меньше, нежели время записи во флэш-память, и в 20 раз больше скорости обращения к FRAM. Время чтения произвольного бита не превышает 3 нс, что в 20 раз меньше, чем для DRAM, а потребляемый ток составляет около 2 мА, то есть меньше тока потребления DRAM в сто раз. Кроме того, MRAM, в отличие от SDRAM, устойчива к внешним электромагнитным воздействиям.
У MRAM есть и другое несомненное достоинство — невысокая стоимость чипов на ее основе. В отличие от флэш-памяти, которая производится по специализированному КМОП-процессу, микросхемы MRAM можно выпускать по стандартному техническому процессу, а кроме того, можно использовать материалы, применяемые в традиционных магнитных носителях, в частности в ферромагнитных пленках. В результате изготовление больших партий таких микросхем обойдется дешевле. Важным свойством MRAM-памяти является также возможность мгновенного включения, что особенно ценится в мобильных устройствах, так как значение ячейки в этом типе памяти определяется магнитным, а не электрическим зарядом, как в обычной флэш-памяти.
В разработке этого направления активно участвуют такие компании, как Infineon Technologies и IBM (последняя начала исследования в этой области еще в 70-х годах прошлого столетия). Успешную работу в области создания устройств MRAM-памяти ведет и компания NEC, инженерам которой удалось добиться заметного повышения надежности работы чипов MRAM-памяти и уменьшения их размеров. Коммерческие разработки MRAM есть и у фирмы Honeywell International. Свои средства в развитие MRAM-технологии инвестировали также такие компании, как Toshiba и Freescale Semiconductor, поэтому есть все основания полагать, что и этот тип памяти появится на рынке в качестве серийной продукции.
Ovonic Unified Memory (OUM)
На ту же роль, что и MRAM, претендует новый тип энергонезависимой памяти, которым уже несколько лет занимается компания Intel. Над подобной технологией работает также компания Royal Philips Electronics. Речь идет о разработке твердотельной памяти на аморфных полупроводниках (Ovonic Unified Memory, OUM). В основу работы такой памяти положена технология фазового перехода, аналогичная принципу записи на перезаписываемые диски CD-RW или DVD-RW, при котором в электрическом поле фазовое состояние вещества изменяется из кристаллического в аморфное, причем изменение структуры сохраняется при отключении тока. Принципиальное отличие OUM-памяти от традиционной оптической записи заключается в том, что если в оптических носителях применяется нагрев лазером, то в OUM нагрев осуществляется непосредственно электрическим током. Процесс считывания, в свою очередь, основан на разнице отражающей способности вещества в разных состояниях, воспринимаемой датчиком дисковода. По аналогичному принципу действует и память Philips, в которой используется смесь иридия с сурьмой. В предложенной компанией технологии участок материала, выполняющий роль ячейки памяти, окружен слоем диоксида кремния, который, во-первых, обладает малой теплопроводностью, а во-вторых, позволяет предотвратить химические реакции на поверхностях соприкосновения и предоставляет таким образом дополнительную свободу в выборе вещества электродов. Изменение фазового состояния происходит очень быстро — так, в прототипах, изготовленных Philips, для этого требовалось примерно 30 нс. В компании полагают, что благодаря подобным функциональным характеристикам разработка вполне может рассматриваться в качестве альтернативы нынешней DRAM, а в дальнейшем претендовать на роль так называемой унифицированной памяти.
Как заявляют в Intel, в отличие от флэш-памяти, OUM теоретически обладает более высокой надежностью и плотностью хранения данных, а также повышенным быстродействием — до 100-200 нс. Отметим, что максимальное число циклов записи/стирания в OUM-памяти превышает 10 трлн, что на несколько порядков больше, чем у флэш-памяти. Однако несмотря на то, что в Intel заявляют о работах над OUM-памятью уже в течение более пяти лет, промышленное производство таких чипов, по оценкам специалистов, начнется не раньше следующего десятилетия.
Впрочем, магниторезистивная память (MRAM) существенно опережает по быстродействию OUM-память: время доступа этих чипов сегодня составляет не более 10-15 нс. Благодаря этому память типа MRAM может применяться не только для длительного хранения данных, но и в качестве оперативной памяти, а OUM уготована второстепенная роль.
Chalcogenide RAM (CRAM) и Phase Change Memory (PRAM)
Другими перспективными типами энергонезависимой памяти являются такие технологии, как Chalcogenide RAM (CRAM) и Phase Change Memory (PRAM), также основанные на принципе фазовых переходов, при котором в одной фазе вещество носителя является непроводящим аморфным (стеклоподобным) материалом, во второй — кристаллическим проводником. Запоминающие ячейки CRAM-памяти способны переходить из одной фазы в другую под воздействием нагрева и электрических полей. В отличие от динамической оперативной или флэш-памяти, CRAM-чипы устойчивы к воздействию ионизирующего излучения. Разумеется, вряд ли CRAM способна составить серьезную конкуренцию традиционным видам памяти по быстродействию и энергопотреблению (все-таки для перехода из одной фазы в другую приходится задействовать нагревательный элемент, потребляющий большой ток).
Данные технологии разрабатываются компаниями STMicroelectronics и Ovonyx. В отличие от предыдущего типа памяти, также базирующегося на технологии использования фазовых переходов, в описываемых разработках применяется нестандартный подход к кодированию записываемой информации — в виде разных фаз в микроскопических областях полимера халькогенида (chalcogenide). Разработчики уверены, что производство таких чипов возможно по стандартному КМОП-процессу с помощью технологии uTrench.
Утверждается, что ячейка такой памяти способна выдержать до 10-11 млрд циклов перезаписи и обеспечивает хранение данных сроком до 10 лет.
Компания Intel купила у Ovonyx технологию PRAM и в первой половине текущего года начала отгрузки небольших партий работоспособных чипов такой памяти, а массовое производство памяти нового поколения должно начаться до конца текущего года. Напомним, что в продвижении PRAM заинтересованы и такие крупные производители, как Fujitsu, Samsung, Renesas, Hitachi и др.
Intel намерена выпускать чипы PRAM с соблюдением 90-нм норм. Их плотность составит 128 Мбит. Гарантируется, что новая память сможет выдерживать до 100 млн циклов чтения/записи и срок ее эксплуатации составит, как минимум, 10 лет.
Напомним, что осенью прошлого года компании Intel и STMicroelectronics представили 250-мм подложку с образцами PRAM-памяти плотностью 128 Мбит. Тогда Intel обещала начать отгрузку PRAM-чипов в ноябре 2006-го, но потом сроки поставок были перенесены. Скорее всего, и нынешние поставки достигнут необходимых объемов лишь к 2008 году, и только тогда мы увидим первые устройства со встроенной PRAM-памятью.
Information-Multilayered Imprinted CArd (Info-MICA)
Еще один тип принципиально новой технологии энергонезависимой памяти создан инженерами японской корпорации NTT Group. Прототип носителя информации базируется на пластическом материале и размерами не превышает почтовую марку. Носитель, названный Info-MICA (Information-Multilayered Imprinted CArd), состоит из ста слоев пластика и обладает емкостью в 1 Гбайт, а при его работе используется технология тонкопленочной голографии. Запись информации происходит следующим образом: сначала создается двумерный образ, транслируемый в голограмму по технологии CGH (Computer Generated Hologram). Для считывания информации луч лазера фокусируется на край одного из записываемых слоев, выполняющих функции оптических волноводов. Свет распространяется вдоль оси, проходящей параллельно плоскости слоя, а на выходе формируется изображение, соответствующее записанной ранее информации. Применив алгоритм, обратный кодированию, можно в любой момент получить начальные данные.
