Rram: идващата алтернатива на флаш паметта

Вчера писах за проблемите, с които се сблъскват производителите на традиционна NAND флаш памет, вида на съхранението, което използваме в нашите смартфони, таблети и SSD дискове. Флаш паметта нарасна изключително много през последното десетилетие. Плътността се е увеличила, тъй като цените са паднали бързо до момента, в който вече е доста често да се виждат малки преносими компютри, които използват SSD дискове за замяна на твърди дискове и корпоративни системи, които използват много флаш. Това не заменя и няма да замени твърди дискове, които остават по-евтини и по-просторни, но донесе много предимства както за корпоративните, така и за мобилните системи за съхранение. Въпреки това, традиционното мащабиране за NAND flash изглежда приключва и в резултат на това наблюдаваме много повече активност около алтернативните форми на паметта.

За да се справят с тези проблеми, разработчиците се опитват да създадат нови видове енергонезависима памет, като най-голямо внимание обръща на неща като STT-MRAM, памет за смяна на фазите и особено резистивна RAM с произволен достъп (RRAM или ReRAM). Въпреки че има много различни видове RRAM, основната клетка обикновено се състои от горен и долен електрод, разделени от раздалечителен материал. Когато се прилага положително напрежение, проводящите нишки се образуват и ток протича през материала; когато се приложи отрицателно напрежение, нишките се счупват и дистанционерът действа като изолатор.

RRAM и другите алтернативи често са замислени първо като заместители на NAND flash или за традиционна DRAM, но поне първоначално получават особено внимание като „памет от клас на съхранение“ (SCM), която би предложила бърз трансфер директно към процесора (като DRAM) имат по-висока плътност (като NAND Flash). Идеята е, че бихте могли да имате достъп до много съхранение много бързо, вместо само малко количество много бърза DRAM и след това по-голямо количество сравнително по-бавна светкавица (обикновено се архивира с още по-бавни, но по-вместими твърди дискове). Ключът към тази работа е получаването на малък "размер на клетката" за съхранение на битовете памет, свързване на клетките заедно и намиране на начин за производство на това на разумна цена. Разбира се, системите и софтуерът също трябва да бъдат преструктурирани, за да се възползват от тези допълнителни нива за съхранение.

Концепцията е в процес на проучване от дълго време. През 2010 г. Unity Semiconductor (сега е собственост на Rambus) показа чип 64Mb ReRAM. През последните няколко години HP говори за своята меристорна технология, форма на ReRAM, а компанията обяви план за съвместна работа с Hynix Semiconductor за пускането на замяна на NAND flash до лятото 2013 г. Това очевидно все още не се е случило, но много напредък изглежда се случва в областта на ReRAM.

На Международната конференция за твърди тела (ISSCC) тази година, Toshiba и SanDisk (които са партньори във флаш паметта), показаха 32Gb ReRAM чип, а на миналата седмица на срещата на върха за флаш памет редица компании демонстрираха нови технологии, които се въртят RRAM технология.

Една от най-интересните е Crossbar, която използва RRAM-базирани на сребро-йони клетки, свързани заедно в оформление „напречна лента“, за да увеличат плътността. Компанията показа прототип, включващ както паметта, така и контролера на един чип по време на срещата и казва, че се надява технологията да бъде комерсиализирана през следващата година, макар че крайните продукти няма да се появят до 2015 г. Crossbar казва, че RRAM има 50 пъти по-ниска латентност от NAND светкавицата и че твърдотелни дискове (SSD), базирани на тази технология, няма да изискват кеш паметта и нивото на износване, обичайни за днешните SSD базирани на NAND.

Crossbar казва, че има работещи проби, произведени от TSMC и първият му търговски продукт ще бъде вградена памет, използвана на SoC, но не разкри много подробности. Съобщава се обаче, че компанията се надява да произведе 1Tb чип, който е с размер около 200 квадратни милиметра.

SK Hynix, който също работи по технологията, говори за предимствата на RRAM в предлагането на по-ниска латентност и по-добра издръжливост от NAND и как това има смисъл в паметта от клас съхранение. RRAM устройствата могат да бъдат формирани с масив с напречна лента или с вертикален масив като 3D NAND, но и двете имат предизвикателства. В резултат SK Hynix заяви, че първите устройства с RRAM, най-вероятно около 2015 г., ще бъдат два до три пъти по-скъпи от NAND flash и ще се използват предимно за нишови високоефективни приложения.

Междувременно в космоса работят много други компании. Докато Toshiba и SanDisk показаха чип за прототип тази година, Sony показва документи за RRAM от 2011 г. и работи с Micron за разработване на чип от 16 Gb през 2015 г. Но дори ако клетката и масивите с памет работиха перфектно, това ще продължи дълго време да разработи контролери и фърмуер, за да ги направи жизнеспособни.

Като се има предвид целият шум, който съпътства новите технологии и тенденцията старите да се мащабират повече, отколкото хората мислят, малко вероятно е пазарите на NAND флаш памет или DRAM скоро да изчезнат и не бих се изненадал да видя, че RRAM отнема повече време излита, отколкото си мислят неговите поддръжници. Крайните продукти вероятно ще се различават много от представените сега прототипи. Но започва да изглежда, че RRAM ще направи скока от лабораторията до търговския пазар някъде през следващите две или три години. Ако е така, това може да окаже дълбоко влияние върху начина, по който са проектирани системите.