211service.com
Terabyte opslag voor mobiele telefoons
Een nieuw type geheugentechnologie zou kunnen leiden tot thumbdrives of geheugenkaarten voor digitale camera's die een terabyte aan informatie kunnen opslaan - meer dan de meeste harde schijven tegenwoordig bevatten. De eerste voorbeelden van de nieuwe technologie, die ook het energieverbruik met meer dan 99 procent zou kunnen verminderen, zouden binnen 18 maanden op de markt kunnen zijn.
Kleine beetjes: Koperdraden ter grootte van virussen, zoals hier getoond, zouden de sleutel kunnen zijn tot een nieuw type geheugenchip.
Het is een radicaal nieuwe technologie, zegt Michael Kozicki, een professor in elektrotechniek aan de Arizona State University, wiens groep een van de velen is die aan een versie van het nieuwe geheugen werken. Als het echt zo goed werkt als iedereen denkt dat het zou kunnen, zou het echt een revolutie teweeg kunnen brengen in de geheugen- en opslagindustrie.
Het nieuwe type geheugen, programmable-metallization-cell (PMC) geheugen of nano-ionisch geheugen genoemd, is in ontwikkeling bij de Arizona State University en bij bedrijven als Sony en IBM. Het is een van een nieuwe generatie experimentele technologieën die zich inzetten voor de vervanging van harde schijven, het niet-vluchtige flashgeheugen dat wordt gebruikt in draagbare elektronica en het dynamische willekeurig toegankelijke geheugen (DRAM) in personal computers. De eerste prototypes met ionengeheugen waren veel te traag voor praktisch gebruik. Maar onlangs hebben onderzoekers aangetoond dat materialen die op nanoschaal zijn gestructureerd, apparaten met ionengeheugen kunnen opleveren die veel sneller zijn. Nano-ionisch geheugen is aanzienlijk sneller dan flash-geheugen, en de snelheid van sommige experimentele cellen evenaart die van DRAM, dat orden van grootte sneller is dan flash.
Het geheugen kan ook gemakkelijk te maken zijn. Onlangs heeft de Arizona-groep werk gepubliceerd dat aantoont dat nano-ionisch geheugen kan worden gemaakt van materialen die conventioneel worden gebruikt in computergeheugenchips en microprocessors. Dat zou het gemakkelijker kunnen maken om te integreren met bestaande technologieën, en het zou minder aanpassingen in fabrieken betekenen, wat fabrikanten zou aanspreken.
Een andere reden waarom ionisch geheugen zo aantrekkelijk is, is dat het extreem lage spanningen gebruikt, dus het zou maar een duizendste van zoveel energie kunnen verbruiken als flashgeheugen. In theorie zou het ook veel hogere opslagdichtheden kunnen bereiken - stukjes informatie per oppervlakte-eenheid - dan de huidige technologieën.
Deze attracties zijn grotendeels het resultaat van een nieuw mechanisme voor het opslaan van informatie. Flash-geheugen slaat stukjes informatie op als elektrische lading, maar hoe kleiner de geheugencellen die de bits bevatten, hoe minder lading ze kunnen bevatten en hoe minder betrouwbaar ze worden. Het nieuwe geheugen slaat informatie op door atomen te herschikken om stabiele en mogelijk extreem kleine geheugencellen te vormen. Bovendien kan elke cel mogelijk meerdere stukjes informatie opslaan, en de cellen kunnen op elkaar worden gelaagd, waardoor de opslagdichtheid van het geheugen wordt vergroot tot het punt dat het kan wedijveren met dat van de meest compacte vorm van geheugen van vandaag: harde schijven.
Elke geheugencel bestaat uit een vast elektrolyt dat is ingeklemd tussen twee metalen elektroden. De elektrolyt is een glasachtig materiaal dat metaalionen bevat. Gewoonlijk weerstaat de elektrolyt de stroom van elektronen. Maar wanneer er een spanning op de elektroden wordt aangelegd, binden elektronen zich aan de metaalionen, waardoor metaalatomen worden gevormd die samenklonteren. Deze atomen vormen een filament ter grootte van een virus dat de elektroden overbrugt en een pad vormt waarlangs elektrische stroom kan stromen. Door de spanning om te draaien, lost de draad op, zegt Kozicki. De toestand met hoge weerstand van de elektrolyt en de andere toestand met lage weerstand kunnen worden gebruikt om nullen en enen weer te geven. Omdat het metalen filament op zijn plaats blijft totdat het wordt gewist, is nano-ionisch geheugen niet-vluchtig, wat betekent dat het geen energie nodig heeft om informatie vast te houden, alleen om het te lezen of te schrijven.
Een USB-stick die een terabyte aan informatie opslaat, zou echter moeten profiteren van twee andere kenmerken van nano-ionisch geheugen, zegt Kozicki. Ten eerste zou het meer dan één bit informatie per geheugencel moeten opslaan. Zodra de draad in de cel zich vormt, is het mogelijk om weer een spanning aan te brengen, waardoor er meer atomen ontstaan, de draad dikker wordt en de weerstand verder afneemt. Opeenvolgende schokken zullen de draad nog dikker maken, en de verschillende weerstandstoestanden kunnen worden gebruikt om meerdere stukjes informatie per draad op te slaan.
Bovendien kan dit type geheugen in lagen worden gestapeld, omdat het niet nodig is dat elke cel in contact staat met een basislaag van silicium, zoals bij sommige andere soorten geheugen het geval is. Het combineren van meerdere bits per cel met meerdere lagen zou het mogelijk kunnen maken om buitengewoon dicht geheugen te vormen, zegt Kozicki.
William Gallagher, een senior manager voor verkennend niet-vluchtig geheugenonderzoek bij IBM Research, zegt dat nano-ionisch geheugen een van de vele veelbelovende geheugentechnologieën van de volgende generatie is. Deze omvatten MRAM, dat informatie opslaat met behulp van magnetische velden, en faseveranderingsgeheugen, dat informatie opslaat op een manier die vergelijkbaar is met die voor het opslaan van bits op dvd's. Gallagher zegt dat de concurrenten van ionisch geheugen een voorsprong hebben. MRAM-chips worden al verkocht voor een aantal speciale toepassingen, zoals apparaten die worden blootgesteld aan ruwe omgevingen. Maar MRAM kan ook beter zijn voor snelle geheugentoepassingen dan als vervanging voor flash, dus het kan zijn dat het niet rechtstreeks concurreert met nano-ionisch geheugen. Samsung zou echter binnen een jaar een op faseverandering gebaseerd flash-vervangend geheugen kunnen verkopen.
Toch loopt nano-ionisch geheugen misschien niet ver achter. Een paar bedrijven hebben een licentie verleend voor nano-ionische geheugentechnologie die is ontwikkeld aan de Arizona State University. Deze omvatten Qimonda, gevestigd in Duitsland; Micron Technologies, gevestigd in Boise, ID; en een Bay Area stealth-modus opstarten. De startup is goed op weg om zijn eerste geheugenapparaten te produceren, die volgens Kozicki binnen 18 maanden beschikbaar zouden kunnen zijn. Deze eerste chips zullen echter niet wedijveren met harde schijven wat betreft geheugendichtheid, zegt hij.
De nieuwe technologie kan desondanks moeite hebben om brede acceptatie te krijgen. Flash-geheugen blijft verbeteren en kan dit voor nog een paar generaties producten doen. Ook zijn de beste prototypes met nano-ionengeheugen gemaakt van materialen die niet worden gebruikt in conventionele microchips, dus de fabricage kan kostbaar zijn, althans in het begin. Kozicki's groep heeft onlangs aangetoond dat ionisch geheugen kan worden opgebouwd uit een combinatie van siliciumdioxide en kopermaterialen die compatibel zijn met conventionele productie. Maar deze materialen presteren niet zo goed, wat ze minder aantrekkelijk zou kunnen maken dan alternatieven zoals faseveranderingsgeheugen. Om het nieuwe type geheugen te laten slagen, kan het nodig zijn om fabrikanten te overtuigen om over te stappen op nieuwe materialen.