Rram: tuleva vaihtoehto flash-muistille

Eilen kirjoitin ongelmista, joita perinteisen NAND-flash-muistin päättäjät kohtaavat, millaista tallennustilaa käytämme älypuhelimissa, tablet-laitteissa ja SSD-levyissä. Flash-muisti on kasvanut valtavasti viimeisen vuosikymmenen aikana. Tiheys on lisääntynyt, kun hinnat ovat laskeneet nopeasti pisteeseen, jossa on nykyään melko yleistä nähdä pieniä kannettavia tietokoneita, jotka käyttävät SSD-levyjä korvaamaan kiintolevyjä ja yritysjärjestelmiä, jotka käyttävät paljon salamaa. Tämä ei ole korvannut - eikä korvaa - kiintolevyjä, jotka ovat edelleen halvempia ja kapasiteetinmukaisempia, mutta se on tuonut paljon etuja sekä yritys- että mobiilivarastojärjestelmille. NAND-salaman perinteinen skaalaaminen näyttää kuitenkin olevan loppumassa, ja seurauksena näemme paljon enemmän toimintaa vaihtoehtoisten muistimuotojen ympärillä.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi kehittäjät ovat yrittäneet luoda uudentyyppisiä haihtumattomia muistia kiinnittäen eniten huomiota esimerkiksi STT-MRAM, vaihemuutosmuisti ja erityisen resistiivinen hajasaanti RAM (RRAM tai ReRAM). Vaikka RRAM-tyyppejä on monia erityyppisiä, perussolu koostuu yleensä ylä- ja alaelektrodista, joka on erotettu välimateriaalilla. Kun positiivista jännitettä käytetään, muodostuu johtavia filamentteja ja virta virtaa materiaalin läpi; kun negatiivinen jännite kohdistetaan, filamentit rikkoutuvat ja välike toimii eristeenä.

RRAM ja muut vaihtoehdot suunniteltiin usein ensin NAND-salaman tai perinteisen DRAM-muistin korvikkeiksi, mutta ainakin aluksi kiinnitetään erityistä huomiota "tallennusluokkamuistina" (SCM), joka tarjoaisi nopean siirron suoraan CPU: lle (kuten DRAM)) on suurempi tiheys (kuten NAND Flash). Ajatuksena on, että paljon tallennustilaa voitaisiin käyttää nopeasti, eikä vain pienen määrän erittäin nopeaa DRAM-muistia ja sitten suuremman määrän suhteellisen hitaampaa flash-muistia (yleensä varmuuskopiointi vielä hitaammilla, mutta tehokkaammilla kiintolevyillä). Avain tämän työn tekemiseen on saada pieni "solukoko" muistin bittien tallentamiseksi, solujen kytkemiseksi toisiinsa ja tavan löytämiseksi tämän valmistamiseksi kohtuulliseen hintaan. Tietysti järjestelmät ja ohjelmistot olisi myös suunniteltava uudelleen, jotta voidaan hyödyntää näitä ylimääräisiä varastointitasoja.

Konseptia on tutkittu jo pitkään. Vuonna 2010 Unity Semiconductor (nykyisin Rambuksen omistama) näytti 64 Mt: n ReRAM-sirun. HP on puhunut memristoritekniikastaan, joka on ReRAM-muoto, muutaman viime vuoden ajan, ja yritys ilmoitti tekevänsä yhteistyötä Hynix Semiconductorin kanssa käynnistääkseen NAND-salaman korvaavan kesään 2013 mennessä. Tätä ei selvästikään ole vielä tapahtunut, mutta ReRAM-kentällä näyttää tapahtuvan paljon edistystä.

Tänä vuonna kansainvälisessä Solid State Circuits -konferenssissa (ISSCC) Toshiba ja SanDisk (jotka ovat flash-muistin kumppaneita) esittelivät 32 Gt: n ReRAM-sirun, ja viime viikon Flash-muistikokouksessa useat yritykset esittelivät uutta tekniikkaa pyörimään RRAM-tekniikka.

Yksi mielenkiintoisimmista on Crossbar, joka käyttää hopea-ionipohjaisia ​​RRAM-soluja, jotka on kytketty toisiinsa "ristikkopaneelijärjestyksessä" tiheyden lisäämiseksi. Yhtiö esitti huippukokouksessa prototyypin, joka sisälsi sekä muistin että ohjaimen yhdellä sirulla, ja sanoo toivovansa teknologian kaupallistamista ensi vuonna, tosin lopputuotteiden kanssa todennäköisesti ilmestyvän vasta vuonna 2015. Crossbarin mukaan RRAM: llä on 50 kertaa alhaisempi viive kuin NAND-salama, ja että tähän tekniikkaan perustuvat solid-state-levyt (SSD) eivät vaadi DRAM-välimuistia ja kulumisen tasoa, joka on yhteinen nykypäivän NAND-pohjaisille SSD-levyille.

Crossbar kertoo, että sillä on toimivia näytteitä, jotka valmistaa TSMC, ja sen ensimmäinen kaupallinen tuote on sulautettu muisti, jota käytetään SoC: ssa, mutta se ei ole paljastanut monia yksityiskohtia. On kuitenkin ilmoitettu, että yritys toivoo tuottavansa 1 TB: n sirun, joka on kooltaan noin 200 neliömetriä.

SK Hynix, joka työskentelee myös tekniikan parissa, on puhunut RRAM: n eduista tarjoamalla pienempää viivettä ja parempaa kestävyyttä kuin NAND ja miten sillä on järkeä tallennusluokan muistissa. RRAM-laitteet voidaan muodostaa poikkipalkista tai pystysuorasta ryhmästä, kuten 3D NAND, mutta molemmilla on haaste. Tämän seurauksena SK Hynix kertoi, että ensimmäiset RRAM-laitteet, todennäköisesti vuoden 2015 ympäri, ovat kaksi tai kolme kertaa kalliimpia kuin NAND-salama, ja niitä käytetään pääasiassa niche-suorituskykyisiin sovelluksiin.

Samaan aikaan monet muut yritykset työskentelevät avaruudessa. Toshiba ja SanDisk näyttivät prototyyppisirun tänä vuonna, mutta Sony on osoittanut RRAM-papereita vuodesta 2011 ja työskentelee Micronin kanssa kehittääkseen 16 Gt: n sirun vuonna 2015. Mutta vaikka muistisolu ja taulukot toimisivatkin, se vie vielä kauan. kehittää ohjaimia ja laiteohjelmistoja niiden elinkelpoisuuden lisäämiseksi.

Kun otetaan huomioon kaikki uuteen tekniikkaan liittyvä hype ja vanhempien taipumus levittää enemmän kuin ihmiset ajattelevat, on epätodennäköistä, että NAND-flash-muisti tai DRAM-markkinat katoavat pian, ja se ei olisi yllättävää, että RRAM kestää kauemmin ota pois kuin sen puolustajat ajattelevat. Lopputuotteet ovat todennäköisesti hyvin erilaisia ​​kuin nyt esillä olevat prototyypit. Mutta alkaa näyttää siltä, ​​että RRAM tekee harppauksen laboratoriosta kaupalliseen markkinoille joskus seuraavien kahden tai kolmen vuoden aikana. Jos näin on, sillä voi olla huomattava vaikutus järjestelmien suunnitteluun.