Японская Ассоциация по созданию энергоэффективной электроники (LEAP) давно поставила себе целью заменить флэш-память NAND, используемого при создании новомодных SSD-запоминающих устройств, на энергонезависимую память на основе фазового перехода PRAM. Необходимость замены NAND связана в первую очередь с проблемой слишком быстрого износа этого типа памяти (NAND-ячейка деградирует каждый раз, когда на нее подается напряжение).
Что же касается PRAM, то этот тип памяти отличается высокой скоростью работы (от 5 нс, что лишь на 3 нс медленнее, чем в энергонезависимой DRAM) и низким энергопотреблением (здесь не только NAND-памяти стоит беспокоиться, но и обычным жестким дискам, а если еще вспомнить, что каждая PRAM-ячейка способна переходить в одно из четырех возможных состояний, то перспективы перед этим типом памяти открываются вообще сказочные).
Сегодня большинство PRAM-разработчиков в качестве переключателей ячеек пытаются использовать тонкопленочные диоды, эксплуатируя тот факт, сохраненных в ячейках PRAM данные могут быть перезаписаны подачей нереверсивного тока. Теоретически такая структура позволяет достаточно просто увеличивать плотность ячеек и достичь емкости, сопоставимой с NAND.
Для очистки совести стоит упомянуть, что, хотя ReRAM, которая является совершенно новым типом энергонезависимой памяти, обладает не меньшим потенциалом, чем PRAM, последняя использует те же материалы, что очень давно находятся в массовом производстве и успешно применяются в качестве рабочего вещества перезаписываемых оптических дисков. Надежность, что называется, проверенная временем. Как раз то, чего так не хватает современным SSD.
Энергонезависимая память PRAM, создана шесть лет назад компанией Samsung (фото Samsung).
Основной проблемой, стоящей на пути минимизации ячеек памяти PRAM, является традиционно высокое напряжение, необходимое для осуществления перезаписи информации (значительно более 1 В). Прямое следствие этого печального обстоятельства заключается в необходимости создания слишком больших ячеек, что позволяет минимизировать паразитные токи в соседних ячейках. Кроме того, в базовом принципе работы PRAM-памяти заложена еще одна весьма неприятная проблема. Фазовый переход — это термический процесс. Условия, при которых происходит быстрая кристаллизация рабочего вещества, не должны быть близки к эксплуатационным — например, комнатной температуры или температуры внутри системного блока компьютера. В противном случае время хранения данных не будет слишком длительным.
На основании данных теоретических расчетов ученые из LEAP пришли к выводу, что для решения проблемы высоких токов перезаписи информации необходимо уменьшить теплопроводность и одновременно повысить сопротивление рабочего материала ячеек PRAM. Разработанная ими компьютерная модель переключения вещества из кристаллического состояния в аморфное и обратно не только оказалась достоверной, но и позволила провести некоторые количественные оценки необходимых изменений в свойствах рабочего материала.
Так, было принято решение внести в состав рабочей вещества Ge2Sb2Te5 диэлектрическую добавку, точные необходимые количества которой определялись экспериментальным путем. В итоге разработчикам удалось снизить напряжение тока перезаписи на 68% по сравнению с традиционными ячейками на основе чистого Ge2Sb2Te5 — чего вполне достаточно для достижения уровня емкости NAND-памяти.
Дальше — больше … Оказалось, что внесенные изменения очень хорошо отразились и на другом критическом параметре — рабочем интервале температур, в котором новые PRAM-ячейки способны надежно хранить заложенную в них информацию. Вместо прежней границы в 50 ° C (в некоторых компьютерных корпусах температура может быть намного выше) новая рабочая вещество с диэлектрической добавкой позволяет использовать PRAM-память при температурах до 150 ° C, чего с избытком хватит для большинства практических задач.
И еще один гвоздь в крышку NAND-ящика: количество циклов перезаписи ячеек PRAM на основе нового материала достигает 107 (сравните с жалкими 10-100 тысячами циклов для лучших представителей семейства NAND).
Источник: http://infonova.org.ua
