Rram: det kommende alternativ til flashhukommelse

I går skrev jeg om de problemer, som producenterne af den traditionelle NAND-flashhukommelse står overfor, den slags opbevaring, vi bruger i vores smartphones, tablets og SSD'er. Flashhukommelsen er vokset enormt i det sidste årti. Densitet er steget, da priserne er faldet hurtigt til det punkt, hvor det nu er ret almindeligt at se små bærbare computere, der bruger SSD'er til at erstatte harddiske og virksomhedssystemer, der bruger en masse flash. Dette har ikke - og vil ikke - erstatte harddiske, som forbliver billigere og mere rummelige, men det har bragt en masse fordele for både virksomheds- og mobillagringssystemer. Imidlertid ser det ud til, at traditionel skalering til NAND-blitz er ved at ende, og som et resultat ser vi en meget mere aktivitet omkring alternative hukommelsesformer.

For at løse disse problemer har udviklere forsøgt at oprette nye typer ikke-flygtig hukommelse, med mest opmærksomhed på ting som STT-MRAM, faseændringshukommelse og især resistiv tilfældig adgang RAM (RRAM eller ReRAM). Selvom der er mange forskellige typer RRAM, består basecellen normalt af en top- og bundelektrode adskilt med et afstandsmateriale. Når en positiv spænding påføres, dannes ledende filamenter, og strøm strømmer gennem materialet; når en negativ spænding påføres, bruges filamenterne, og afstandsstykket fungerer som en isolator.

RRAM og de andre alternativer blev ofte først udtænkt som erstatning for NAND-flash eller til traditionel DRAM, men i det mindste oprindeligt får de særlig opmærksomhed som en "lagerklassehukommelse" (SCM), der ville tilbyde hurtig overførsel direkte til CPU'en (som DRAM) har højere densitet (som NAND Flash). Tanken er, at du kunne få masser af lager meget hurtig adgang i stedet for kun en lille mængde meget hurtig DRAM og derefter en større mængde relativt langsommere flash (normalt sikkerhedskopieret med endnu langsommere, men mere rummelige harddiske). Nøglen til at gøre dette arbejde er at få en lille "cellestørrelse" til opbevaring af hukommelsesbits, forbinde cellerne sammen og finde en måde at fremstille dette til en rimelig pris. Naturligvis skal systemer og software også arkiveres igen for at drage fordel af disse ekstra lagertop.

Konceptet har været under forskning i lang tid. Tilbage i 2010 viste Unity Semiconductor (nu ejet af Rambus) en 64Mb ReRAM-chip. HP har talt om sin memristorteknologi, en form for ReRAM, i de sidste par år, og virksomheden annoncerede en plan om at arbejde sammen med Hynix Semiconductor for at lancere en erstatning for NAND-flash i sommeren 2013. Det har åbenbart ikke sket endnu, men der ser ud til, at der sker mange fremskridt inden for ReRAM-området.

På International Solid States Circuits Conference (ISSCC) i år viste Toshiba og SanDisk (som er partnere i flashhukommelse) en 32 GB ReRAM-chip, og på sidste uges Flash Memory-topmøde viste en række virksomheder nye teknologier, der drejer sig om RRAM-teknologi.

En af de mest interessante er Crossbar, der bruger sølvionbaserede RRAM-celler, der er forbundet sammen i et "tværstangsarray" -layout for at øge densiteten. Virksomheden viste en prototype, inklusive både hukommelsen og en controller på en enkelt chip på topmødet, og siger, at det håber, teknologien kommercialiseres næste år, dog med slutprodukter, der ikke forventes at blive vist før i 2015. Crossbar siger, at dens RRAM har 50 gange lavere latenstid end NAND-flash, og at solid-state-diske (SSD'er) baseret på denne teknologi ikke kræver DRAM-cacher og slidnivellering, der er fælles for dagens NAND-baserede SSD'er.

Crossbar siger, at det har arbejdsprøver, der er produceret af TSMC, og dets første kommercielle produkt vil være en indbygget hukommelse, der bruges på en SoC, men det har ikke afsløret mange detaljer. Det er dog rapporteret, at virksomheden håber at producere en 1 TB chip, der måler omkring 200 kvadratmeter.

SK Hynix, der også arbejder med teknologien, har talt om fordelene ved RRAM ved at tilbyde lavere latenstid og bedre udholdenhed end NAND, og ​​hvordan det giver mening i lagerhukommelseshukommelsen. RRAM-enheder kan dannes med et tværstangsarray eller med et lodret array som 3D NAND, men begge har udfordringer. Som et resultat sagde SK Hynix, at de første RRAM-enheder, sandsynligvis omkring 2015, vil være to til tre gange dyrere end NAND-flash og de primært vil blive brugt til nichehøjtydende applikationer.

I mellemtiden arbejder mange andre virksomheder i rummet. Mens Toshiba og SanDisk viste en prototype-chip i år, har Sony vist RRAM-papirer siden 2011 og samarbejder med Micron om at udvikle en 16 GB chip i 2015. Men selvom hukommelsescellen og arraysne fungerede perfekt, ville det stadig tage lang tid at udvikle controllere og firmware for at gøre dem levedygtige.

I betragtning af al den hype, der ledsager nye teknologier og tendensen til, at ældre skaleres længere end folk tror, ​​er det usandsynligt, at NAND-flashhukommelsen eller DRAM-markederne forsvinder når som helst snart, og det vil ikke overraske mig at se RRAM tage længere tid at start, end dets bagmænd tror. De endelige produkter vil sandsynligvis være meget forskellige fra de prototyper, der nu vises. Men det begynder at se ud som om RRAM vil gøre springet fra laboratoriet til den kommercielle markedsplads en eller anden gang i de næste to eller tre år. I så fald kan det have en dybtgående indflydelse på, hvordan systemer designes.