Rram: грядущая альтернатива флеш-памяти

Вчера я писал о проблемах, с которыми сталкиваются производители традиционной флеш-памяти NAND, о том, какой тип памяти мы используем в наших смартфонах, планшетах и ​​твердотельных накопителях. Флэш-память значительно выросла за последнее десятилетие. Плотность возросла, поскольку цены быстро упали до такой степени, что в настоящее время довольно часто можно увидеть небольшие ноутбуки, которые используют SSD для замены жестких дисков, и корпоративные системы, которые используют много флэш-памяти. Это не заменяет и не заменяет жесткие диски, которые остаются более дешевыми и емкими, но принесло много преимуществ как корпоративным, так и мобильным системам хранения. Однако традиционное масштабирование для флэш-памяти NAND, похоже, подходит к концу, и в результате мы наблюдаем гораздо большую активность в отношении альтернативных форм памяти.

Чтобы решить эти проблемы, разработчики пытались создать новые типы энергонезависимой памяти, при этом основное внимание уделялось таким вещам, как STT-MRAM, память с изменением фазы и, в частности, резистивная оперативная память (RRAM или ReRAM). Хотя существует много различных типов RRAM, основная ячейка обычно состоит из верхнего и нижнего электрода, разделенных прокладочным материалом. При подаче положительного напряжения образуются проводящие нити, и через материал протекает ток; когда прикладывается отрицательное напряжение, нити разрываются, а прокладка действует как изолятор.

RRAM и другие альтернативы часто сначала задумывались как замена флэш-памяти NAND или традиционной DRAM, но, по крайней мере, изначально они привлекают особое внимание как «память класса хранения» (SCM), которая обеспечивает быструю передачу непосредственно в ЦП (например, DRAM).) имеют более высокую плотность (как NAND Flash). Идея состоит в том, что вы могли бы получить доступ к большому количеству хранилищ очень быстро, вместо небольшого количества очень быстрой DRAM, а затем большего количества относительно медленной флэш-памяти (обычно резервной копии с еще более медленными, но более емкими жесткими дисками). Ключом к выполнению этой работы является получение небольшого «размера ячейки» для хранения битов памяти, соединения ячеек вместе и поиска способа производства этого по разумной цене. Конечно, системы и программное обеспечение также необходимо будет реструктурировать, чтобы воспользоваться преимуществами этих дополнительных уровней хранения.

Концепция находится в стадии изучения в течение длительного времени. Еще в 2010 году Unity Semiconductor (в настоящее время принадлежит Rambus) продемонстрировала чип ReRAM объемом 64 Мб. В течение последних нескольких лет HP говорила о своей мемристорной технологии, форме ReRAM, и компания объявила о плане сотрудничества с Hynix Semiconductor, чтобы запустить замену флэш-памяти NAND к лету 2013 года. Этого, очевидно, еще не произошло, но большой прогресс, похоже, происходит в области ReRAM.

На Международной конференции по твердотельным цепям (ISSCC) в этом году Toshiba и SanDisk (партнеры по флэш-памяти) продемонстрировали чип ReRAM емкостью 32 ГБ, а на прошлой неделе на саммите по флэш-памяти ряд компаний продемонстрировали новые технологии, вращающиеся вокруг RRAM технология.

Одним из наиболее интересных является Crossbar, который использует ячейки RRAM на основе ионов серебра, соединенные вместе в «матрицу поперечных решеток» для увеличения плотности. Компания продемонстрировала прототип, включая память и контроллер на одном чипе на саммите, и говорит, что надеется, что технология будет коммерциализирована в следующем году, хотя конечные продукты вряд ли появятся до 2015 года. Crossbar утверждает, что RRAM имеет 50 время задержки ниже, чем у флэш-памяти NAND, и что твердотельные диски (SSD), основанные на этой технологии, не потребуют кэши DRAM и выравнивание износа, характерное для современных SSD-дисков на базе NAND.

Crossbar говорит, что у него есть рабочие образцы, изготовленные TSMC, и его первым коммерческим продуктом будет встроенная память, используемая в SoC, но он не раскрыл многих деталей. Однако сообщалось, что компания надеется выпустить чип размером 1 Тб, который измеряет около 200 квадратных миллиметров.

SK Hynix, которая также работает над этой технологией, рассказала о преимуществах RRAM в том, что они обеспечивают меньшую задержку и лучшую стойкость, чем NAND, и о том, как это имеет смысл в памяти класса хранения. Устройства RRAM могут быть сформированы с массивом поперечных или вертикальных массивов, таких как 3D NAND, но у обоих есть проблемы. В результате SK Hynix заявил, что первые устройства RRAM, скорее всего, примерно в 2015 году, будут в два-три раза дороже, чем флэш-память NAND, и будут использоваться в основном для нишевых высокопроизводительных приложений.

Между тем, многие другие компании работают в космосе. В то время как Toshiba и SanDisk продемонстрировали прототип чипа в этом году, Sony демонстрирует документы RRAM с 2011 года и работает с Micron над разработкой 16-гигабайтного чипа в 2015 году. Но даже если бы ячейка памяти и массивы работали отлично, это все равно заняло бы много времени разработать контроллеры и прошивку, чтобы сделать их жизнеспособными.

Учитывая всю шумиху, сопровождающую новые технологии, и тенденцию к тому, чтобы более старые масштабировались дальше, чем думают люди, маловероятно, что рынки флэш-памяти NAND или DRAM исчезнут в ближайшее время, и меня не удивит, что RRAM потребуется больше времени для сними, чем думают его покровители. Конечные продукты, вероятно, будут сильно отличаться от прототипов, которые сейчас демонстрируются. Но начинает казаться, что RRAM совершит скачок из лаборатории на коммерческий рынок где-то в ближайшие два-три года. Если это так, это может оказать глубокое влияние на то, как спроектированы системы.