Tettere, raskere minne utfordrer både DRAM og Flash

En ny type minnebrikke som et oppstartsselskap nettopp har begynt å teste, kan gi fremtidige smarttelefoner og andre dataenheter både et hastighets- og lagringsløft. Teknologien, kjent som tverrstangsminne, kan lagre data omtrent 40 ganger så tett som det mest kompakte minnet som er tilgjengelig i dag. Den er også raskere og mer energieffektiv.

Tverrstangsresistiv RAM

Mer minne: Minnelagringsenheten vist i dette elektronmikrografbildet kan muliggjøre dramatiske hopp i kapasiteten til minnekort og andre digitale datalagre.

Teknologiens evne til å lagre mye data på en liten plass kan se at den erstatter flash-minnebrikkene som er grunnlaget for minnekort, noen harddisker og den interne lagringen til mobile enheter. Data kan nås og skrives til tverrstangsminne raskt nok til å se at de også kan konkurrere med DRAM, brukt som korttidsminne, i dataenheter. Teknologien er betydelig mer energieffektiv enn både flash og DRAM.



Det vil være mye tettere og raskere enn flash fordi det ikke er basert på å bevege elektroner rundt eller på transistorer, sier Wei Lu , en professor ved University of Michigan hvis forskning førte til utviklingen av tverrstangsminne. Lu er også en av grunnleggerne og sjefsforsker av den Santa Clara, California-baserte oppstarten Crossbar, som kommersialiserer teknologien. Han bemerker at selskapet i utgangspunktet utvikler sin teknologi for å erstatte flash-lagring.

Minnebrikker for demonstrasjon av tverrstang lages av TSMC, verdens største kontraktsbrikkeprodusent. Crossbar sier at den nåværende versjonen av teknologien kan lagre én terabyte med data (1000 gigabyte) på en enkelt brikke på 200 kvadratmillimeter, omtrent på størrelse med et frimerke. Til sammenligning lagrer de tetteste flash-minnebrikkene på markedet i dag 16 gigabyte på en enkelt brikke. Den minste slike brikke, introdusert av Micron i mai i år, er 144 kvadratmillimeter i areal.

Tverrstangsminne kalles så på grunn av den enkle nanoskalastrukturen som brukes til å lagre data. To lag med jevnt fordelte, stavlignende elektroder er stablet oppå hverandre, med stengene i det øverste laget orientert i 90 grader i forhold til de i laget under for å danne et rutenett. Databiter – 1-er og 0-er – lagres ved hvert av kryssene der elektrodene fra de forskjellige lagene krysser hverandre.

Den grunnleggende tverrstangsarkitekturen har blitt brukt i årevis som grunnlag for nye ideer innen elektronikk, inkludert for hukommelse (se Molecular Memory ). Imidlertid er Lus versjon forskjellig i hvordan den lagrer data ved veikryssene, ved å bruke en enkel avstandsholder laget av amorft silisium ved hvert veikryss i stedet for et mer eksotisk materiale.

I Crossbars brikker skiller avstandsstykket elektroden fra det øvre laget, laget av sølv, fra det nedre laget, laget av en ikke-metallisk leder. Bits lagres ved at avstandsstykket veksler mellom å være en isolator og en leder - noen ganger lar det strøm passere mellom de øvre og nedre elektrodene, noen ganger blokkerer strømmen. Avstandsstykket kan beholde sin tilstand, og dermed litt, uten strøm.

Data skrives ved å bruke en spesifikk styrespenning til et bestemt tverrstangkryss. Påføring av en positiv spenning får sølvnanopartikler til å krype ut fra den øvre stangen inn i silisiumavstandsstykket, og til slutt trenge langt nok til å skape en elektrisk bane mellom de øvre og nedre stavene slik at strømmen kan flyte. Påføring av en negativ kontrollspenning kan reversere denne prosessen. Data leses ut fra tverrstangminnet ved å teste konduktiviteten til hvert kryss.

I demonstrasjonsbrikkene som produseres i dag, er ett lag med tverrstangminnestrukturer stablet på toppen av et lag med konvensjonelle silisium CMOS-kretser. Denne kretsen leser, skriver og sletter data fra minnelagene over tverrstangen.

Crossbar, som har mottatt 25 millioner dollar i investeringsfinansiering fra Kleiner Perkins Caufield & Byers, Artiman Ventures og Northern Light Venture Capital, begynte å jobbe med å kommersialisere Lus forskning i 2010. En avgjørende del av utviklingsprosessen var å tilpasse den nye teknologien for masseproduksjon. i eksisterende flisfabrikker, sier Lu. Eksperimentering var nødvendig for å bestemme hvordan de nye tverrstangstrukturene skulle deponeres på toppen av konvensjonelle CMOS-kretser. Du vil ikke forurense CMOS-laget eller øke temperaturen så mye at det blir skadet, sier Lu.

Crossbars teknologi forbereder seg på markedet i en tid da minneprodusenter sliter med å presse mer datatetthet ut av eksisterende metoder for å lage flash-minne, sier Brian Cronquist, en visepresident for Monolitisk 3D , et selskap som utvikler 3D-brikkearkitekturdesign. Måtene de pleide å skalere flash-minne på, fungerer ikke lenger.

Flash-minnebrikker lagrer data som ladningsøyer på en overflate, men disse øyene kan ikke pakkes tettere enn de er i dag, noe som gjør forbedringer i tetthet praktisk talt umulige. Det har drevet Samsung og Toshiba til å jobbe med 3-D flash-minnebrikker, som stabler opp flere ladelagrende overflater. Samsung produserte fungerende brikker klare for masseproduksjon tidligere i år.

Men, sier Cronquist, vil denne tilnærmingen ikke gi gevinst på mer enn noen få år, så en ny teknologi må ta over. Crossbar’s er en mulig utfordrer, sier han, blant annet innen utvikling.

En av disse er HP, basert på en elektrisk komponent kjent som memristoren, som ble spådd å eksistere i 1971, men først laget først i 2008 (se Memristor Memory Readied for Production). HP sa så sent som i fjor at de ville lansere teknologien i slutten av 2013, men den har ikke nylig bekreftet planene sine.

gjemme seg