Грядет революция в компьютерной памяти
Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали новое устройство, которое комбинирует два типа компьютерной памяти — медленную энергонезависимую наподобие флеш-накопителей и быструю энергозависимую вроде оперативной.
Подобная универсальная память, комбинирующая скорость DRAM-микросхем с энергонезависимостью и плотностью флеш-памяти, обеспечит почти мгновенный запуск компьютеров и снизит энергопрожорливость крупномасштабных «серверных ферм».
Как известно, в вычислительной технике применяется два типа памяти: медленная память вроде флеш-накопителей, данные на которых могут храниться годами без подпитывания электричеством, и быстрая память наподобие DRAM-оперативной, данные в которой исчезают при отсутствии электроэнергии. Ученые изобрели устройство под названием полевой транзистор с двойным плавающим затвором: если в нынешней энергонезависимой памяти используются одиночные плавающие затворы, сохраняющие заряды для отражения состояний 0 или 1, то применение двойных плавающих затворов предполагает эксплуатацию одного из них для хранения разряда в энергонезависимой памяти, и параллельно второго — в энергозависимой. Другими словами, речь идет о переключении между статическим и динамическим режимами работы компьютерной памяти в одном цикле, притом что данные никогда не исчезают в промежуточном состоянии.
Двойные плавающие затворы опираются на прямое туннелирование в условиях низких напряжений тока для хранения олицетворяющего бит информации заряда — вместо горячей инжекции электронов, как это реализовано во флеш-памяти. Первый плавающий затвор является текучим, то есть требует обновления заряда так часто, как DRAM-ячейки памяти — каждые 16 мс. При увеличении напряжения значение заряда может быть передано на второй плавающий затвор, который работает по принципам, схожим с обычной флеш-памятью, предлагая долгосрочное энергонезависимое хранение.
В процессе работы компьютера полевые транзисторы с двойным плавающим затвором функционируют как обычная оперативная память. Но в моменты простаивания вычислительной системы значения зарядов, а значит сами данные, предаются на вторые плавающие затворы, и подача электропитания к чипам памяти может быть прекращена. Как только требуется получить доступ к данным, вторые плавающие затворы быстро передают значения зарядов на первые — и нормальная работа компьютера восстанавливается.
Сейчас изобретатели испытывают новую универсальную память на предмет усталости: она может возникнуть при повторяющихся сохранении и получении данных из плавающих затворов и привести по итогам к исчезновению данных. Так, например, флеш-память работает в условиях таких высоких напряжений в моменты горячей инжекции электронов, что может выдержать лишь где-то 10 тыс. циклов записи данных в каждую ячейку. Пусть новинка опирается на низкие напряжения, но лишь продолжительное тестирование прототипов способно подтвердить ее живучесть.
Мало того что полевые транзисторы с двойным плавающим затвором обеспечат почти мгновенный старт компьютеров, они снабдят компьютерную память возможностью отключения своих простаивающих банков, что снизит общее энергопотребление ПК, мобильников, серверов, масштабных вычислительных пулов вроде Google-инфраструктуры.
© СОТОВИК