IBM совершила прорыв в компьютерной памяти
Голубой гигант заявил о достижении в разработке технологий компьютерной памяти с фазовым переходом, итогом которой станет появление твердотельных микросхем, способных хранить столько же данных, сколько во флеш-накопителях типа NAND, но со стократным ростом производительности наряду с впечатляющим сроком эксплуатации.
IBM собрала чипы на основе энергонезависимой памяти с фазовым переходом (PCM, phase-change memory), при этом они сохраняют два разряда в одной ячейке без проблем с повреждением данных, которыми характеризовались все прежние PCM-микросхемы: в одной ячейке хранится двухразрядное сочетание битов — 00, 01, 10 или 11.
Нынешние NAND-изделия вроде SSD-хранилищ обеспечивают запись на скорости в пределах 2 Гбит/с. В отличие от NAND-памяти, PCM-подход не требует помечать существующие данные меткой удаления, прежде чем новая порция информации будет записана поверх, — этот процесс известен как цикл стирания-записи. Он замедляет NAND-производительность, и с ходом времени «убивает» флеш-память, ограничивая продолжительность ее жизни 5-10 тыс. циклами записи в потребительских продуктах и 100 тыс. — в изделиях корпоративного уровня. И если подобные лимиты вовсе не критичны для смартфонов или MP3-плееров, то для бизнеса этот показатель очень важен ввиду ценности хранимых данных.
Память с фазовым переходом опирается на халькогениды — стеклянное вещество, содержащее посеребренные полупроводники, такие как сера, селен или теллур. Искомые полупроводники обладают возможностью менять собственное физическое состояние, выраженное упорядочиванием атомов, из кристаллического в аморфное и обратно путем приложения небольшой порции электричества. А так как у этих двух состояний характеристики электросопротивления различны и могут быть легко измерены, халькогениды выступают идеальным материалом для хранения данных.
PCM-микросхемы, подготовленные IBM по 90-нм технологическому процессу, выдерживают до 5 млн циклов записи. В самом худшем случае время задержки между циклами записи составляет где-то 10 мкс, что во стократ лучше, нежели в самых развитых флеш-микросхемах.
Будучи еще совсем юной, PCM-технология призвана встать на замену памяти типа NOR, EEPROM и NVRAM, которой занимаются вендоры вроде Micron Technology, Samsung, Hynix Semiconductor. До сих пор PCM-достижения были представлены одноуровневыми ячейками, хранящими лишь один разряд, что ограничивает общую емкость. Эксплуатация многоуровневых ячеек связана с проблемой кратковременного дрейфа, аналогичного проблеме в NAND-памяти, когда электроны просачиваются сквозь тонкие стенки ячеек, создавая тем самым ошибки чтения данных.
Для решения этой задачи в IBM применили усовершенствованный метод кодирования модуляции (таковой используется, к примеру, в оптических накопителях): прикладывается импульс напряжения, основанный на отклонении от требуемого уровня, и затем измеряется сопротивление — если требуемый уровень сопротивления не достигнут, значит, берется другой импульс до тех пор, пока не будет зафиксирован нужный и точный показатель сопротивления.
Тем временем исследователи из Иллинойского университета ведут изыскания нанотрубочной памяти с фазовым переходом, изюминкой которой ставится использование углеродных нанотрубок толщиной в 10 тыс. раз меньше толщины человеческого волоса вместо традиционных в данном случае металлических проводников. Образцы работают быстрее, нежели оригинальная PCM-память, притом что потребляют в 100 раз меньше энергии, и в дальнейшем этот показатель способен увеличить свой порядок.
© СОТОВИК