Sølvspåner skal afløse flash i fremtidens hukommelse
SSD-diske er lynhurtige, men ikke uden problemer.
Så der arbejdes på at skaffe en afløser for den velkendte flashhukommelse, som anvendes i blandt andet SSD'er, men som har en lang række ulemper. Blandt andet en begrænset levetid.
Et af de firmaer, der er nået længst, er det californiske Crossbar, som vi har besøgt.
Crossbar har udviklet en teknologi, der anvender Resistive RM, som er en velkendt teknologi, som har været under udvikling i mange år, men som først nu er blevet produktionsmoden. Teknologien udspringer af forskningsprojekter på University of Michigan, som Crossbar har rettighederne til.
Resistive RAM (eller RRAM) er kendetegnet ved, at hver hukommelsescelle ændrer modstand, når der sendes strøm igennem den. Selv efter at strømmen er afbrudt, bevarer cellen sin modstand, således at den senere kan aflæses.
Crossbars teknologi bygger på et tredimensionelt design, hvor der kan bygges flere hukommelseslag oven på hinanden. Yderligere kan hukommelseslagene også lægges oven på anden elektronik, som for eksempel en cpu.
Crossbar blev grundlagt i 2010 af blandt andet George Minassia, der har omkring 25 års erfaring fra branchen - senest hos Spansion, der tidligere var en del af AMD.
Crossbar har allerede fremstillet de første chip, som imidlertid kun er til internt brug, men formålet var at bevise, at disse chip kunne fremstilles kommercielt.
Hvert hukommelseslag består af to lag elektroder og mellem lagene sølvspåner, som udgør selve hukommelsescellerne, som du kan se på figur 1.
Når der sendes strøm gennem både den øverste og den nederste elektrode, kan man programmere den celle, hvor de to elektroder krydser hinanden.
I forhold til den velkendte flash-teknologi har RRAM, ifølge Crossbar, en række fordele.
For det første er effektforbruget langt lavere, læsehastigheden er meget højere og det er ikke nødvendigt at slette indholdet af en celle, inden der kan skrives nye data. Disse indbyggede forskelle gør også, at den kontrollogik, som skal styre læsning og skrivning af data, kan gøres meget enklere, end det er tilfældet med flash.
Som du kan se på figur 2, fylder en chip fra Crossbar væsentlig mindre end en flashchip, på trods af, at kapaciteten er den samme. Dette skyldes, at opbygningen af hver celle er enklere. Samtidig har RRAM også den fordel, at det er muligt at reducere procesteknologien fra de nuværende 25 nm helt ned til under 10 nm, hvor traditionel flash har en nedre grænse på omkring 20 nm.
Går man under denne grænse, stiger antallet af bitfejl drastisk, da indholdet af hver celle er en elektronisk ladning, og mindre celler medfører også mindre ladninger, der gør det sværere at opnå et pålideligt resultat.
Hukommelsen kan stables
Crossbars teknolog har også den fordel, at der kan lægges flere lag oven på hinanden.
"Vi forventer, at vores teknologi kan stable i op til 16 lag," siger Crossbars administrerende direktør George Minassia til Computerworld.
Senere vil der også blive mulighed for at gemme flere bit i hver celle, hvilket betyder, at det vil være muligt at nå op over en terabyte per chip, hvilket sagtens kan konkurrere med flash.
Som du kan se på figur 3, giver RRAM også et væsentligt enklere system både set fra hardware- og software-siden.
På hardwaresiden kan controller-delen gøres meget enklere, samtidig med at det er muligt at lægge hukommelseslagene oven på for eksempel en mikroprocessor, hvis ellers mikroprocessorens varmeudvikling tillader dette. Fra et sotwaresynspunkt er det også nemmere, da det er muligt at adressere bittene individuelt, og det er ikke nødvendigt at skrive en hel blok af data ad gangen, hvilket er tilfældet med flash.
På figur 4 kan du se en sammenligning af karakteristika mellem Crossbars hukommelse og flash.
Mens vi i første omgang forhåbentligt kan se frem til hurtigere og billigere SSD'er, kan teknologien på længere sigt også have mulighed for at erstatte traditionel dynamisk ram, hvorved man kommer til et helt nyt hukommelseshierarki, hvor der ikke længere skal skelnes mellem de forskellige typer for hukommelse.
Ifølge flere kilder fra Intel er man allerede ved at gøre klar til dette ved at undersøge, hvilke ændringer det vil kræve i firmaets mikroprocessorer, når der ikke længere skal skelnes mellem almindelige hukommelsesoperationer og I/O-operationer, som på nuværende tidspunkt intet har med hinanden at gøre.
Det er også værd at notere sig, at Intel i næste generation af mikroprocessorer drastisk reducerer varmeudviklingen ved at flytte spændingsregulatorer væk fra selve processoren, hvilket blandt andet gøres, for at det skal blive nemmere at lægge nye lag oven på den traditionelle processor, hvilket ellers ville være meget vanskeligt på grund af varmeudviklingen i processorens spændingsregulatorer.
