211service.com
Snelle geheugenchips betrouwbaar maken
IBM-onderzoekers hebben een programmeertruc ontwikkeld die het mogelijk maakt om grote hoeveelheden gegevens betrouwbaarder op te slaan met behulp van een veelbelovende nieuwe technologie die phase-change-geheugen wordt genoemd. Het bedrijf hoopt deze opslagtechnologie over ongeveer vijf jaar te gaan integreren in commerciële producten, zoals servers die gegevens verwerken voor de cloud.
Lange termijn geheugen: Elke cel in deze geheugenchip met 200.000 cellen kan gedurende een periode van enkele maanden betrouwbaar meerdere bits aan gegevens opslaan.
Net als flash-geheugen, dat vaak wordt aangetroffen in mobiele telefoons, is faseveranderingsgeheugen niet-vluchtig. Dat betekent dat er geen stroom nodig is om de gegevens op te slaan. En het is snel toegankelijk voor snel opstarten op computers en een efficiëntere werking in het algemeen. Fasewisselingsgeheugen heeft een snelheidsvoordeel ten opzichte van flash, en Micron en Samsung staan op het punt producten uit te brengen die in sommige mobiele toepassingen met flash zullen concurreren.
Deze initiële producten zullen geheugencellen gebruiken die elk één bit opslaan. Maar om faseveranderingsgeheugen kostenconcurrerend te maken voor bredere toepassingen, moet het een hogere dichtheid bereiken en meerdere bits per cel opslaan. Een grotere dichtheid is nodig voor IBM om zijn doel te bereiken om geheugen met faseverandering te ontwikkelen voor krachtige systemen zoals servers die internetgegevens veel sneller verwerken en opslaan.
Het vandaag aangekondigde werk van IBM biedt een oplossing. In het verleden zijn onderzoekers er niet in geslaagd een apparaat te maken dat meerdere bits per cel gebruikt en dat maanden en jaren betrouwbaar werkt. Dat komt door de eigenschappen van de faseovergangsmaterialen die worden gebruikt om de gegevens op te slaan. Wetenschappers bij IBM Research in Zürich hebben een softwaretruc ontwikkeld waarmee ze dit kunnen compenseren.
Elke cel in deze gegevensopslagarrays bestaat uit een klein stukje faseveranderende materialen tussen twee elektroden. Door een spanning over de elektroden aan te leggen, kan het materiaal worden omgeschakeld naar een willekeurig aantal toestanden langs een continuüm van totaal ongestructureerd tot zeer kristallijn. Het geheugen wordt uitgelezen door met een andere elektrische puls de weerstand van het materiaal te meten, die in de kristallijne toestand veel lager is.
Om multibit-geheugencellen te maken, koos de IBM-groep vier verschillende niveaus van elektrische weerstand. Het probleem is dat na verloop van tijd de elektronen in de faseveranderingscellen de neiging hebben om rond te drijven en de weerstand verandert, waardoor de gegevens worden beschadigd. De IBM-groep heeft laten zien dat ze de gegevens zo kunnen coderen dat ze bij het uitlezen kunnen corrigeren voor op drift gebaseerde fouten en de juiste gegevens krijgen.
De IBM-groep heeft aangetoond dat foutcorrigerende code kan worden gebruikt om na een periode van zes maanden betrouwbaar gegevens uit een 200.000-cel phase-change geheugenarray uit te lezen. Dat zijn geen gigabits, zoals flits, maar het is indrukwekkend, zegt Eric Pop , hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. Ze gebruiken een slim coderingsschema dat de levensduur en betrouwbaarheid van phase-change-geheugen lijkt te verlengen.
Voor commerciële producten moet die betrouwbaarheidstermijn oplopen tot 10 jaar, zegt Victor Zhirnov, directeur van speciale projecten bij de Semiconductor Research Corporation . IBM zegt dat het daar kan komen. Elektrische drift in deze materialen is vooral problematisch in de eerste microseconden en minuten na het programmeren, zegt Harris Pozidis, manager geheugen- en sondetechnologieën bij IBM Research in Zürich. Het probleem van drift kan statistisch worden verklaard in het IBM-coderingsschema over elk tijdsbestek dat nodig is, zegt Pozidis, omdat het zich met een bekende snelheid voordoet.
Maar faseveranderingsgeheugen zal pas breed worden aangepast als het stroomverbruik kan worden gecontroleerd, zegt Zhirnov. Het kost nog steeds veel te veel energie om de bits in deze arrays om te draaien. Dat komt door de manier waarop de elektroden zijn ontworpen en veel onderzoekers werken aan het probleem. Dit voorjaar demonstreerde Pop's groep aan de Universiteit van Illinois opslagarrays die koolstofnanobuisjes gebruiken om geheugencellen met faseverandering te coderen met 100 keer minder stroom.