211service.com
Een doorbraak in het geheugen
In het afgelopen decennium heeft flash-geheugen het elektronicalandschap veranderd, waardoor we robuuste opslag hebben in kleine apparaten zoals iPods en mobiele telefoons. Naarmate de chip kleiner wordt, weten ingenieurs echter dat er grenzen zullen zijn aan de flash-prestaties, en ze hebben gekeken naar een vervangende technologie die phase-change-geheugen wordt genoemd. Intel heeft vandaag een onderzoeksvooruitgang aangekondigd die de opslagcapaciteit van een geheugencel met enkele faseverandering verdubbelt. Deze nieuwe aanpak wordt ook via algoritmen in de chip geïmplementeerd, zodat het geen extra kosten met zich meebrengt voor het bestaande faze-change-geheugenfabricageproces.
Veel meer geheugen: Een geheugencel (hierboven weergegeven) in een geheugenchip met faseverandering slaat gegevens op door een bepaalde fysieke toestand of oriëntatie van atomen te behouden. Een verwarming in de cel (de donkere verticale lijn) verwarmt het materiaal zodat het van toestand kan veranderen. Voorheen werden slechts twee staten gebruikt. Intel heeft nu aangetoond dat er nog twee verschillende toestanden zijn die kunnen worden gebruikt om gegevens op te slaan, waardoor de capaciteit van een geheugencel effectief wordt verdubbeld.
Faseveranderingsgeheugen verschilt van andere solid-state geheugentechnologieën zoals flash en random-access geheugen omdat het geen elektronen gebruikt om gegevens op te slaan. In plaats daarvan vertrouwt het op de eigen rangschikking van atomen van het materiaal, bekend als de fysieke toestand. Voorheen was faseveranderingsgeheugen ontworpen om te profiteren van slechts twee toestanden: een waarin atomen losjes zijn georganiseerd (amorf) en een andere waarin ze star gestructureerd zijn (kristallijn).
Maar in een paper gepresenteerd op de Internationale Solid State Circuits-conferentie in San Francisco illustreerden onderzoekers dat er nog twee verschillende staten zijn die tussen amorf en kristallijn vallen, en dat deze staten kunnen worden gebruikt om gegevens op te slaan.
Om hun geheugencellen te maken, Intel en partner ST Micro-elektronica gebruikte een materiaal genaamd GST, een type glas dat fysieke toestanden heeft die reageren op warmte. Een kleine verwarming, aangestuurd door algoritmen in de chip, verandert de toestand van de GST door een geheugencel te verwarmen totdat deze een van de vier verschillende toestanden bereikt. (Oudere systemen gebruikten dezelfde benadering, maar werkten alleen met twee staten.) Intel's chief technology officer, Justin Rattner, zegt dat de onderzoekers nieuwe programmeeralgoritmen gebruikten om de hoeveelheid warmte die elke cel ontvangt te wijzigen, waardoor de toestand ervan werd gecontroleerd: we kunnen dit met succes doen met een array van redelijk formaat en met snelheden die commercieel haalbaar zijn, zegt hij. De cel wordt vervolgens uitgelezen door de elektrische weerstand tussen twee elektroden te meten. De weerstand geeft de toestand van de cel aan omdat elke toestand verschillende elektrische eigenschappen heeft.
Door twee bits per cel toe te voegen, hebben Intel en ST Microelectronics het geheugen voor faseverandering op één lijn gebracht met de huidige flash-technologie, zegt H.-S. Philip Wonga , hoogleraar elektrotechniek aan de Stanford University. Intel heeft een soortgelijke truc al onder de knie met flash-geheugen waarin meer dan één bit per geheugencel kan worden opgeslagen, zegt hij, dus dit is een logische stap voor fase-overgangsgeheugen. Het is nogal belangrijk om deze multi-bit opslagtechnologie te ontwikkelen, zegt Wong. Lukt dat niet, dan ben je een factor twee benadeeld.
Een van de kenmerken die faseverandering zo aantrekkelijk maakt als alternatief voor flitsen, is dat het dezelfde voordelen heeft als flitsen met een hogere snelheid, zegt Jim Handy , een analist bij Objectieve analyse , een marktonderzoeksbureau voor halfgeleiders. Net als flash is phase-change geheugen een niet-vluchtig geheugen dat zelfs zonder stroomvoorziening bits kan opslaan. Maar in tegenstelling tot flash kunnen gegevens veel sneller naar cellen worden geschreven, met snelheden die vergelijkbaar zijn met het dynamische en statische willekeurig toegankelijke geheugen (DRAM en SRAM) dat tegenwoordig in alle computers en mobiele telefoons wordt gebruikt. Op dit moment, legt Handy uit, gebruiken computer- en mobiele telefoontechnici DRAM of SRAM in combinatie met flash. DRAM en SRAM worden gebruikt om gegevens snel te lezen en te schrijven; flash wordt gebruikt om gegevens op te slaan wanneer de stroom is uitgeschakeld. Fabrikanten van handsets zijn enthousiast over het geheugen met faseverandering, zegt Handy, omdat het lijkt alsof ze twee van de chips [flash en DRAM] kunnen verwijderen en vervangen door één geheugenchip met faseverandering.
Het geheugen met faseverandering heeft de afgelopen jaren veel vooruitgang geboekt, voegt Wong eraan toe. Een paar jaar geleden zag het er veelbelovend uit, zegt hij. Maar nu gaat het gebeuren. Er is geen twijfel over.