Memorija sledeće generacije sto puta brža od fleša

IBM JE PROŠLE NEDELJE OBJAVIO DA će najnovije otkriće njegovih naučnika u oblasti računarskih memorija, omogućiti razvoj čipova koji mogu da upamte isto onoliko podataka koliko to omogućava i fleš tehnologija NI kola, ali sa sto puta boljim performansama (aktuelne fleš memorije mogu da upisuju podatke brzinama do dva gigabita u sekundi) i znatno dužim vekom memorisanja. Ovaj najnoviji prodor mogao bi značiti početak duge, spore faze napuštanja fleš memorija u svemu, od mobilnih telefona do storidža za računarski oblak

U objavljenom saopštenju IBM navodi da je proizveo memorijske čipove na bazi promene faze (phase-change memory, PCM) koji mogu da uskladište dva bita informacije po ćeliji i ne ispoljavaju problem gubljenja podataka koji je od samog početka mučio ovu tehnologiju.

Poput NI fleš memorije koja se koristi u SSD diskovima i prenosivim računarima, i PCM je trajna vrsta memorije, što znači da zadržava podatke i kad joj se isključi napajanje. Međutim, za razliku od fleša, PCM ne zahteva da se postojeći podaci označe za brisanje pre nego što se preko njih upišu novi – proces poznat kao ciklus briši-piši. Taj ciklus usporava fleš memoriju i vremenom je degradira, tako da joj je radni vek ograničen na oko 3000 ciklusa upisivanja u proizvodima široke potrošnje, do najviše 30.000 u proizvodima najviše klase. S druge strane, PCM može da izdrži do deset miliona ciklusa upisivanja, navodi IBM.

Ukoliko možete da upisujete podatke u fleš memoriju 3000 puta nadživećete većinu mobilnih telefona i MP3 plejera, ali to nije dovoljno za poslovnu primenu gde se toliki broj upisivanja odigra za sat vremena, poručuju iz IBM-a.

Pošto se organizacije i potrošači sve više okreću modelima i uslugama na bazi računarskog oblaka, potrebni su im znatno moćniji, efikasniji i cenovno prihvatljiviji memorijski kapaciteti, kaže dr Haris Pozidis, rukovodilac nadležan za tehnologije memorija i sondi u IBM-ovom istraživačkom centru u Cirihu.

Pozidis kaže da u proteklih pet meseci tim IBM-ovih naučnika ispituje čip s višenivoskim memorijskim ćelijama (multi-level cell, MLC) koji je u stanju da pamti dva pa čak i tri bita podataka po ćeliji i dostigne nivo pouzdanosti koji je podesan za praktične primene, što je do sada bilo moguće samo kod ćelija sa jednim memorisanim bitom.

Pored korišćenja u računarskom oblaku, PCM bi mogla da osluži i kao proširenje dinamičkih memorija s nasumičnim pristupom (DRAM), koje su takođe IBM-ov izum još iz davne 1966.

I dok DRAM memorije nastavljaju da se koriste kao komponente koje su najbliže procesoru, kako bi mu najčešće potrebni podaci bili što dostupniji, Pozidis kaže da bi PCM memorije zbog svog većeg kapaciteta mogle da se koriste za skladištenje podataka kojima se ne pristupa tako često. U jednom drugom scenariju procesor bi mogao direktno da pristupa i PCM memoriji, ali preko kontrolera, kao da je u pitanju DRAM memorija, mada je u principu bolje da se za vruće podatke obraća DRAM-u a za one manje vruće PCM-u, kaže Pozidis.

Očekuje se da će DRAM memorije kroz nekoliko godina naići na tehnološki zid kad litografske dimenzije dostignu 20–30 nanometara. Tehnologija PCM se danas koristi kao zamena za NILI, EEPROM i NVRAM memorije koje proizvode Mikron teknolodži (Micron Technology), Samsung i Hajniks semikondaktor (Hynix Semiconductor).

Današnja PCM tehnologija koristi jednonivoske ćelije (single-level cell, SLC) u koje se smešta samo jedan bit, a čipovi su ograničenog kapaciteta. Na primer, Samsung proizvodi PCM čip sa 512 megabita za svoj mobilni telefon GT-E2550, a Mikronov ogranak Numoniks (Numonix) pravi PCM čip od 128 megabita i isporučuje ga klijentima koji ga ugrađuju u mrežnu opremu, uređaje za medicinski nadzor i bezbednosne kamere.

PCM koristi elektični napon da promeni područja materijala iz kristalne strukture u amorfnu. Ta tehnika koristi manje struje od NI kola u fleš tehnologiji i sto puta brže upisuje podatke, jer ne zahteva da se prethodno postojeći podaci označe za brisanje.

PCM podstiče promenu otpornosti koja se u materijalu – mešavini raznih elemenata – dešava kad svoju fazu menja iz kristalne, sa niskom otpornošću, u amorfnu sa visokom, kako bi uskladištila bitove podataka. U PCM ćeliji u kojoj se fazno promenljiv materijal nalazi između gornje i donje elektrode, fazna promena se može kontrolisati primenom napona ili strujnih impulsa različitog intenziteta. Oni zagrevaju materijal i kad se dostigne određeni temperaturni prag materijal se menja iz kristalnog u amorfni oblik ili obrnuto.

Pored toga, u zavisnosti od napona, više ili manje materijala između elektroda prolazi kroz faznu promenu, što direktno utiče na otpornost ćelije. Naučnici su tu okolnost iskoristili da memorišu više bitova u ćeliji. U IBM-ovom slučaju iskoristili su četiri različita nivoa otpornosti da memorišu dvobitne kombinacije 00, 01, 10 i 11.

Međutim, problem sa PCM memorijom je što se otpornost amorfnog stanja menja – postepeno raste – i to „klizanje otpornosti“ (resistance drift) dovodi do grešaka. IBM-ovi naučnici kažu da su uspeli da reše problem pogrešnih bitova koji se javlja kod MLC PCM memorija tako što su koristili naprednu tehniku modulacionog kodiranja.

Ovaj problem promene otpornosti analogan je problemu NI fleš kola u kojima elektroni cure kroz tanke zidove ćelija, što uzrokuje greške pri očitavanju podataka. U NI fleš kolima problem se rešava korišćenjem koda za korekciju grešaka (error correction code, ECC) u kontrolerskim čipovima, ali u PCM memorijama greške u podacima se ne ispravljaju već se izbegavaju korišćenjem specijalizovanog koda.

„S modulacionim kodovima nastojite da izbegnete većinu mogućih grešaka. Ti se kodovi danas skoriste kod diskova, čvrstih i optičkih“, kaže Pozidis. „Mi dovodimo naponski impuls zasnovan na odstupanju od potrebnog nivoa i potom merimo otpornost. Ukoliko poželjni nivo otpornosti nije dostignut dovodimo još jedan naponski impuls i ponovo merimo i tako sve dok ne postignemo tačan nivo.“

IBM-ovi naučnici su i pored korišćenja ovog iterativnog procesa upisivanja postigli da je najgori slučaj latencije upisivanja oko deset mikrosekundi, što predstavlja poboljšanje preformansi za sto puta u odnosu na najnaprednije fleš memorije na današnjem tržištu. PCM zato ima potencijal da ukupne performanse ključnih IT sistema poboljša za nekoliko redova veličine. Računari bi se podizali trenutno, a računarski oblak bi mogao da raste brzinom koja bi držala korak sa svim onim što se u njega trpa.

Pozidis kaže da IBM trenutno koristi PCM kola proizvedena CMOS tehnologijom od 90 nanometara, što je oko dva puta više od najgušćih aktuelnih SLC PCM proizvoda, ali će se to vremenom smanjiti. Pored tima u Cirihu, u dizajniranje i proizvodnju PCM čipa za testiranje bili su uključeni i njegovi naučnici i inženjeri iz razvojnih centara u Berlingtonu (Vermont) i Jorktaun Hajtsu (Njujork).

IBM za sada ne planira nikakve proizvode za široku potrošnju. Osnovni cilj mu je da licencu tehnologije proda proizvođačima memorija poput Tošibe i Samsunga i pomogne im da ubrzaju proizvodnju memorijskih čipova za poslovne primene. Ta tehnologija se verovatno neće tako skoro naći u računarima i pametnim telefonima, ali će biti spremna za korišćenje u serverima 2016. godine.

Drugi istraživači su kombinovali PCM i tehnologiju ugljeničnih nanocevčica kako bi stvorili čipove koji štedljivo troše struju i mogu da produže vek baterija mobilnih uređaja na nekoliko nedelja.

Na istraživačkom projektu sa PCM memorijama radiće se i dalje u nedavno otvorenom nanotehnološkom centru Binig i Rorer u Cirihu, kojim zajednički upravljaju IBM i ciriški tehnološki univerzitet ETH u okviru strateške saradnje u oblasti nanonauka. Centar raspolaže najmodernijom infrastrukturom, uključujući veliku čistu sobu za proizvodnju mikro- i nanostuktura kao i šest specijalno oklopljenih laboratorija u koje ne prodiru nikakve smetnje i šumovi, jer su namenjene za izuzetno osetljive eksperimente. (M.V.)

|Search:Find More About Memorija sledeće generacije sto puta brža od fleša|

[ad#ad-post1]

Izvor: Mikro