- Память для вычислительных систем существует, и мировой годовой объем рынка составляет десятки миллиардов долларов.
Know-how заключается в новом принципе управления выборкой информации из накопителя памяти, построенного на ферромагнитных элементах. Реализация этого предложения означает следующее:
• Становится возможным создание устройств памяти, в том числе оперативной, которые по своим основным эксплуатационным характеристикам – емкость, быстродействие – значительно лучше современных аналогов (см. пример в конце данного материала),
• Новые устройства памяти будут обладать дополнительными преимуществами, а именно, способностью работать в диапазоне низких значений – единицы вольт - напряжения питания, нетребовательностью к постоянству параметров запоминающего материала, повышенной стойкостью к ионизирующим излучениям,
• Новые устройства памяти будут значительно дешевле в расчете на один бит информации,
• Новые устройства памяти используют существующие, хорошо отработанные технологии в микроэлектронике и не требуют длительной и дорогостоящей научно-исследовательской и опытно-конструкторской фазы разработки.
• Становится принципиально возможным совмещение логических функций и функций памяти на одном кристалле, т.е. создание компьютеров с концептуально иной, чем сейчас, архитектурой.
- Быстродействие ЗУ приближается к скорости переключения магнитного элемента и ограничено только свойствами используемого магнитного материала. Минимальное время переключения запоминающего элемента в матрице ЗУ на, например, плоских плёнках составляет 1нс и менее уже при существующих технологиях, что недостижимо для других ЗУ. Накопитель такого ЗУ не требует транзистора на каждый элемент памяти, как в существующих технологиях. Он состоит исключительно из координатных шин и магнитного материала, поэтому долговечен и по отношению к сроку службы ничего не стоит
- Ёмкость ОЗУ определяется размерами запоминающего элемента . Следовательно, ёмкость данного ЗУ может быть больше ёмкости динамического ЗУ.
В качестве элементов памяти ЗУ используется магнитный материал (например, магнитная плёнка), который хранит информацию без потребления энергии.
Следовательно, запись (считывание) информации происходит в импульсном режиме - двумя полутоками соответствующей полярности. Энергия тратится только на формирование токов выборки. Из сказанного выше следует, что чем меньше энергозатратность элемента, тем меньше потребляемая мощность накопителя.
- Кроме того, используемое решение позволило:
• решить известную проблему зависимости быстродействия запоминающего устройства от его ёмкости;
• снизить напряжение питания до любого необходимого уровня, требуемого для питания логики управления;
• существенно снизить мощность потребления;
• исключить потери информации при отключении источника питания или выходе из строя одного или более формирователей выборки;
• многократно снизить уровень дельта-помех от полувыбранных запоминающих элементов;
• расширить функциональные возможности запоминающего устройства до уровня, позволяющего исключить процессор из состава ЭВМ;
• использовать аналоговые свойства запоминающего элемента для записи, хранения и считывания многоразрядных чисел;
• исключить считывающие обмотки из состава запоминающего устройства и использовать резистивный эффект от переключения запоминающего элемента.
- Предложенный принцип работы не изменяет технологии изготовления матрицы запоминающего устройства. В связи с тем, что ЗУ одноразрядное, для записи информации не нужно обнуление: запись "0" – отрицательная полярность тока выборки запись "1" – положительная полярность тока выборки.
В момент записи может производиться считывание информации по тому же адресу. Появление импульса на выходе усилителя воспроизведения говорит о том, что считываемая информация противоположна записываемой. Таким образом, на выходе усилителя воспроизведения при обращении к ЗУ реализуется логическая операция неравнозначности без потери информации (записываемая и считываемая информации меняются местами).
Практически это позволяет, при построении памяти из одноразрядных ЗУ, производить всю обработку информации – логическую, арифметическую и ассоциативную - без процессора.
- Функциональные схемы и способ организации матрицы запоминающих элементов предлагаемого и традиционного ЗУ эквивалентны и представлены на Рис.1.
Запоминающая матрица n n (накопитель)
Рис.1 Функциональная схема
В экспериментах используется одноразрядное ЗУ на магнитных сердечниках ёмкостью 256 бит, состоящее из двух устройств выборки (X,Y) и запоминающей матрицы (накопителя). Каждый сердечник прошит двумя ортогональными обмотками и выходной обмоткой, проходящей сквозь все сердечники (Рис.1). Для традиционного и нового ЗУ используется один и тот же накопитель. Общий вид реально работающих экспериментального стенда и образца новой магнитной памяти представлены на фото 1.
- Компании Intel и STMicroelectionics отправили партнерам прототипы новой памяти PRAM. Устройство под кодовым названием Alverstone обеспечивает большую скорость чтения и записи данных, чем обычная флеш-память при пониженном энергопотреблении и потенциально меньшей стоимости за мегабайт.
- Кроме того, число циклов чтения-записи, которая может выдержать PRAM, в 1000 раз превышает показатели флеш-памяти, отмечает The Inquirer. Разработчики называют технологию, на которой построен Alverstone, самым значительным прорывом в отрасли за 40 лет.
- Новый вид памяти разрабатывался двумя компаниями с 2003 года. В 2004 году разработчики представили восьмимегабитные массивы памяти с размером элемента, не превышающим 180 нанометров.
- В 2006 году Alverstone перешел на 90-нанометровый технологический процесс, а объем памяти устройства достиг 128 мегабит. Именно этот вариант Alverstone и был разослан партнерам.
- В 2007 году общий объем рынка памяти составил около 61 миллиарда долларов.
- Широкие перспективы в этом плане открывает технология оптической записи, известная как голография: она позволяет обеспечить очень высокую плотность записи при сохранении максимальной скорости доступа к данным. Это достигается за счет того, что голографический образ (голограмма) кодируется в один большой блок данных, который записывается всего за одно обращение. А когда происходит чтение, этот блок целиком извлекается из памяти. Для чтения или записи блоков голографически хранимых на светочувствительном материале (за основной материал принят ниобат лития, LiNbO3) данных ("страниц") используются лазеры. А если учесть, что такая запоминающая система не имеет движущихся частей, и доступ к страницам данных осуществляется параллельно, можно ожидать, что устройство будет характеризоваться плотностью в 1GB/sm3 и даже выше.
- программа PRISM (Photorefractive Information Storage Material), целью которой является поиск подходящих светочувствительных материалов для хранения голограмм и исследование их запоминающих свойств. Вторая научно-исследовательская программа - HDSS (Holographic Data Storage System). На начальном этапе в этом устройстве происходит разделение луча сине-зеленого аргонового лазера на две составляющие - опорный и предметный лучи (последний является носителем самих данных). Предметный луч подвергается расфокусировке, чтобы он мог полностью освещать пространственный световой модулятор (SLM - Spatial Light Modulator), который представляет собой просто жидкокристаллическую (LCD) панель, на которой страница данных отображается в виде матрицы, состоящей из светлых и темных пикселей (двоичные данные).
- Оба луча направляются внутрь светочувствительного кристалла, где и происходит их взаимодействие. В результате этого взаимодействия образуется интерференционная картина, которая и является основой голограммы и запоминается в виде набора вариаций показателя преломления или коэффициента отражения внутри этого кристалла. При чтении данных кристалл освещается опорным лучом, который, взаимодействуя с хранимой в кристалле интерференционной картиной, воспроизводит записанную страницу в виде
- образа "шахматной доски" из светлых и темных пикселей (голограмма преобразует опорную волну в копию предметной). Затем этот образ направляется в матричный детектор, основой для которого служит прибор с зарядовой связью (CCD - Charge-Coupled Device или ПЗС), захватывающее всю страницу данных. При чтении данных опорный луч должен падать на кристалл под тем же самым углом, при котором производилась запись этих данных, и допускается изменение этого угла не более чем на градус. Это позволяет получить высокую плотность данных: изменяя угол опорного луча или его частоту, можно записать дополнительные страницы данных в том же самом кристалле. Большинство исследований в области голографии проводились с использованием фотореактивных материалов (главным образом, упоминавшегося выше ниобата лития), однако если они годятся для записи голографических изображений ювелирных украшений, то этого никак нельзя сказать в отношении записи информации
- Поэтому был разработан новый класс фотополимерных материалов, обладающих неплохими перспективами с точки зрения коммерческого применения. Фотополимеры представляют собой вещества, в которых под действием света происходят необратимые изменения, выражающиеся во флуктуациях состава и плотности. Так, для голографической памяти не годятся светодиоды на базе полупроводниковых лазеров, применяемые в традиционных оптических устройствах, поскольку они обладают недостаточной мощностью, дают пучок с высокой расходимостью и, наконец, полупроводниковый лазер, генерируемый излучение в среднем диапазоне видимой области спектра, получить очень сложно. Здесь же необходим мощный лазер, дающий как можно более параллельный пучок. Итак, преимуществ у новой технологии более чем достаточно: кроме того, что информация сохраняется и считывается параллельно, можно достичь очень высокой скорости передачи данных и, в отдельных случаях, высокой скорости произвольного доступа.