NAND или PRAM

🕛 17.12.2012, 15:53

Японская Ассоциация по созданию энергоэффективной электроники (LEAP) давно поставила себе цель заменить флеш-память NAND, что используется при создании новомодных SSD-запоминающих устройств, на энергонезависимую память на основе фазового перехода PRAM. Необходимость замены NAND связана в первую очередь с проблемой слишком быстрого износа этого типа памяти (NAND-ячейка деградирует всякий раз, когда на неё подаётся напряжение). Что же касается PRAM, то этот тип памяти отличается высочайшей скоростью работы (от 5 нс, что лишь на 3 нс медленнее, чем у энергозависимой DRAM) и низким энергопотреблением (тут не только NAND-памяти стоит беспокоиться, но и обычным жёстким дискам, а если ещё вспомнить, что каждая PRAM-ячейка способна переходить в одно из четырёх возможных состояний, то перспективы перед этим типом памяти открываются и вовсе сказочные).
Энергонезависимая память PRAM, созданная лет шесть назад компанией Samsung (фото Samsung).
Сегодня большинство PRAM-разработчиков в качестве переключателей ячеек стараются использовать тонкоплёночные диоды, эксплуатируя тот факт, что сохранённые в ячейках PRAM данные могут быть перезаписаны подачей нереверсивного тока. Теоретически такая структура позволяет довольно просто увеличивать плотность ячеек и достичь ёмкости, сравнимой с NAND.
Для очистки совести стоит упомянуть, что, хотя ReRAM, являющаяся совсем новым типом энергонезависимой памяти, обладает не меньшим потенциалом, чем PRAM, последняя использует те же материалы, что очень давно находятся в массовом производстве и успешно применяются в качестве рабочего вещества перезаписываемых оптических дисков. Надёжность, что называется, проверенная временем. Как раз то, чего так не хватает современным SSD.
Основной проблемой, стоящей на пути минимизации ячеек памяти PRAM, является традиционно высокое напряжение, необходимое для осуществления перезаписи информации (много больше 1 В). Прямое следствие этого печального обстоятельства заключается в необходимости создания слишком уж больших ячеек, что даёт возможность минимизировать паразитные токи в соседних ячейках. Кроме того, в базовом принципе работы PRAM-памяти заложена ещё одна весьма неприятная проблема. Фазовый переход — это термический процесс. Условия, при которых происходит быстрая кристаллизация рабочего вещества, не должны быть близки к эксплуатационным — например, комнатной температуре или температуре внутри системного блока компьютера. В противном случае время хранения данных не будет сколько-нибудь продолжительным.
На основании данных теоретических расчётов учёные из LEAP пришли к выводу, что для решения проблемы высоких токов перезаписи информации необходимо уменьшить теплопроводность и одновременно повысить сопротивление рабочего материала ячеек PRAM. Разработанная ими компьютерная модель переключения вещества из кристаллического состояния в аморфное и обратно не только оказалась достоверной, но и позволила провести некоторые количественные оценки необходимых изменений в свойствах рабочего материала.
Так, было принято решение внести в состав рабочего вещества Ge2Sb2Te5 диэлектрическую добавку, точные необходимые количества которой определялись экспериментальным путём. В итоге разработчикам удалось снизить напряжение тока перезаписи на 68% в сравнении с традиционными ячейками на основе чистого Ge2Sb2Te5 — чего вполне достаточно для достижения уровня ёмкости NAND-памяти.
Дальше — больше... Оказалось, что внесённые изменения очень хорошо сказались и на другом критическом параметре — рабочем интервале температур, в котором новые PRAM-ячейки способны надёжно сохранять заложенную в них информацию. Вместо прежнего предела в 50 ˚C (в некоторых компьютерных корпусах температура должна быть гораздо выше) новое рабочее вещество с диэлектрической добавкой позволяет использовать PRAM-память при температурах вплоть до 150 ˚C, чего за глаза хватит для большинства практических задач.
И ещё один гвоздь в крышку NAND-ящика: количество циклов перезаписи ячеек PRAM на основе нового материала достигает 107 (не поленитесь, сравните с жалкими 10–100 тысячами циклов для лучших представителей семейства NAND).
Подготовлено по материалам Tech-On!.