Твердотельная память будущего

Компьютерные информационные накопители, использующие в качестве основы микросхемы flash-памяти (известны как Solid State Drives), продаются на массовом рынке всего лишь несколько лет, но уже сейчас имеются несколько альтернативных технологий производства твердотельной энергонезависимой памяти. Неопределенная судьба flash-SSD в первую очередь связана с их недостатками, а именно: ограниченным числом циклов перезаписи, главной причиной которого является физический износ диэлектрического слоя под воздействием высокого напряжения, а также сравнительно высокое потребление электроэнергии, необходимой для осуществления операций записи. Интересно, что попытка увеличить плотность записи с целью экономии энергии приводит к истончению слоя диэлектрика, а следовательно и еще большему снижению ресурса SSD.

Чтобы преодолеть свойственные SSD ограничения, можно либо задействовать другие материалы, либо применить новый принцип записи и хранения данных на носителе. По первому пути пошли разработчики технологии SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon): они предложили заменить поликристаллический кремний, из которого состоит затвор ячейки памяти в SSD, на нитрид кремния Si3N4, обладающий более однородной наноструктурой и потому лучше удерживающий заряд. Его использование позволяет уменьшить слой диэлектрика и напряжение, нужное для записи. В образцах, представленных компаниями Philips, Spansion, Infineon и Qimonda, число циклов записи в тысячи раз выше, чем у обычных SSD. В настоящее время производители ищут способы снижения затрат на создание накопителей по технологии SONOS.

Если SONOS, по большому счету, является улучшенной, но дорогой версией flash-памяти, то другие альтернативы подразумевают иные методы записи. К примеру, в PRAM (Phase change Random Access Memory, или память с произвольным доступом на основе фазового перехода), носителем данных служит особый материал, который принимает либо кристаллическое, либо аморфное состояние в зависимости от температуры: в первом случае более слабое электрическое сопротивление соответствует логической единице, а во втором – логическому нулю. Уникальное достоинство этой технологии заключается в возможности производить запись данных без предварительного стирания – точно так же, как и на перезаписываемых оптических носителях CD/DVD/BD-ReWritable, а кроме того, скорость записи в сотню раз превышает этот показатель, характерный для SSD.

 

Основа ячейки памяти MRAM (Magnetoresistive random-access memory, или магниторезистивная память с произвольным доступом) – два магнитных слоя, разделенных тонким диэлектриком, которые образуют магнитный туннельный переход, при этом вектор магнитного поля одного из слоев строго фиксирован, тогда как вектор другого слоя способен изменяться под действием внешнего магнитного поля. Если векторы противоположны, то сопротивление ячейки высокое и означает логический ноль, если же ориентация векторов однонаправленная, то сопротивление низкое и дает логическую единицу. Информация на таком носителе может храниться до десяти лет, эффект же износа элементов минимален, а число циклов записи измеряется миллионами.

Память FeRAM (Ferroelectric RAM, или ферроэлектрическая память с произвольным доступом) использует свойство ферроэлектрических материалов изменять распределение атомов (поляризацию) при наличии внешнего электрического поля: под напряжением атомы смещаются, что влияет на значение электрической проводимости, которое сохраняется после отключения подачи напряжения. При чтении ячейки управляющий транзистор переводит ее в «измерительное» нулевое состояние и, если сопротивление ячейки равно логическому нулю, то сигнал не меняется, если же значение ячейки равно единице, то вследствие произошедшей под воздействием напряжения от транзистора поляризации возникнет короткий импульс, означающий единицу. Основным преимуществом памяти FeRAM считается весьма высокая скорость записи: 150 ns против 10000 ns у распространенных flash-носителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Также стоит рассказать и нанотехнологичной памяти CBRAM (Conductive-Bridging RAM, или память с произвольным доступом на основе проводящего моста). Структурные компоненты такой памяти состоят из двух электродов, один из которых электрохимически инертен, а другой – активен, и размещенного между ними твердого электролита, выполняющего роль диэлектрика. Под действием напряжения в диэлектрическом слое образуется нанотрубка, снижающая сопротивление и дающая таким образом логическую единицу. В теории память такого типа характеризуется высочайшей плотностью записи, а иными словами, сверхкомпактными размерами носителей.

Знакомые всем нам традиционные накопители HDD (жесткие диски) постепенно уступают место высокоскоростным твердотельным носителям данных, но вполне вероятно, что в основе новейших устройств хранения информации будет лежать уже не привычная flash-технология, а аббревиатуры, упомянутые в нашей статье, станут часто встречаться в обзорах и анонсах. Как говорится – следите за новостями!