Díky za budoucí paměti

Výrobci čipů hledají levné, rychlé a univerzální paměti, které by nahradily DRAM, SRAM a flash. V případě výr...


Výrobci čipů hledají levné, rychlé a univerzální paměti, které by nahradily
DRAM, SRAM a flash.

V případě výrobců počítačů znamená Moorův zákon především princip, jak získat
něco za nic, a netýká se to jen procesorových čipů.
Konstruktéři systémů už po 40 let sledují, že se paměťová hustota každých 18-24
měsíců zdvojnásobuje, zatímco ceny čipů zůstávají v podstatě na stejné úrovni,
čímž se cena za 1 bit redukuje pokaždé na polovinu. Protože technologické
požadavky na vytvoření ještě menší paměťové buňky z křemíku rostou, někteří
výrobci předpovídají, že nákladová křivka začne ještě před koncem desetiletí
nabývat jiného tvaru.
Vědci pracují na několika alternativních technologiích, které by nakonec mohly
nahradit dnes běžně používané tři druhy pamětí: levné dynamické RAM (DRAM),
používané v osobních počítačích a serverech, rychlé statické RAM (SRAM),
potřebné jako vyrovnávací paměti procesorů a používané v mobilních zařízeních,
a stálé (nonvolatilní) paměti flash, využívané všude, počínaje systémem BIOS v
počítači a mobilními telefony konče.
Výzkumníci společností IBM, Intel a dalších se snaží odhadnout vývoj
univerzální paměťové technologie, která by mohla jednoho dne všechny tři druhy
pamětí nahradit. "Je to svatý grál," říká William Gallagher, vedoucí oddělení
prototypových a nonvolatilních pamětí u IBM.
Taková univerzální technologie by mohla změnit konstrukci počítače, tvrdí
Gallagher. Například stálá paměť RAM by mohla počítačům umožnit okamžité
zavádění systému i jeho vypínání, protože uložené informace by se při vypnutí
napájení neztratily. Ale takové univerzální paměťové technologie se mohou
objevit nejdříve tak za 10-15 let, odhaduje Gallagher.
Jiné firmy mu oponují s tím, že univerzální paměť není dosažitelná, protože
jeden druh paměti nemůže vyhovovat všem nárokům. Nic například nemůže být
zároveň nejrychlejší i nejlevnější.
Většina dnešního vývoje se zaměřuje na překonání omezení vždy jen jedné
paměťové technologie. Ovšem některé vlastnosti dnešních pamětí se budou jen
těžko překonávat. "Většina technologií asi nebude schopna konkurovat
nejlevnějším nákladům na jeden bit, jež dnes patří technologii DRAM, nebo
nejrychlejším, jako u pamětí SRAM. Nejspíše budou spadat někam mezi," říká Bob
Merritt, viceprezident výzkumu pamětí u společnosti Semico Research.

FRAM a MRAM
Ferroelektrické a magnetosensitivní paměti RAM (FRAM a MRAM) mají mezi nově se
objevujícími paměťovými technologiemi nejlepší výchozí pozici a
nejprogresivnější vývoj. Paměť FRAM je stálá RAM, kterou vyvinula společnost
Ramtron International. Licenci na ni koupila například firma Texas Instruments.
V současnosti se prodává více než 30 milionů výrobků založených na technologii
FRAM včetně měřičů, přístrojů pro identifikaci rádiové frekvence a zařízení s
paměťovými kartami, jak uvádí Ramtron.
Technologie FRAM, založená na kvantových nanobodech, potřebuje méně energie a
zapisuje rychleji než technologie DRAM nebo flash a předpokládá se u ní velmi
dlouhá životnost. Avšak tato technologie zůstává 20-50krát dražší (počítáno na
jeden bit) než DRAM a hustota (bitů) na čipu je daleko nižší. Firma pracuje na
prototypech paměťových prvků s kapacitou 1 Mb a doufá, že do roku 2006 hustotu
zvýší na 4 nebo 8 Mb. Dokud však nebudou na trhu k dispozici paměti MRAM,
zůstane technologie FRAM pro volatilní paměti DRAM jediným soupeřem ve hře.
Technologie MRAM je výrobní sféře bližší než většina ostatních experimentálních
pamětí a společnosti IBM a Freescale Semiconductor jsou jejími hlavními
stoupenci. Gallagher tuto technologii nazývá "magnetické úložiště na čipu",
protože aplikuje na křemík technologie magnetické polarizace, jež jsou známy z
pevných disků.
"Je to rychlá volatilní paměť, která nabízí zajímavou kombinaci vysoké
rychlosti, vysoké odolnosti a přiměřené hustoty," potvrzuje Gallagher.
Čipy se dají vyrábět asi ve stejné hustotě a za stejnou cenu za bit, jako
paměti flash. Ale pokud ji budeme považovat za univerzální paměť, nemůže se
hustota MRAM rovnat hustotě DRAM nebo SRAM.

Paměti PCM
Několik dalších vyvíjených konkurentů konvenčních paměťových technologií vypadá
slibně, ale jsou ještě ve velmi raném stadiu svého vývoje, v porovnání s FRAM a
MRAM. Paměť PCM (Phase-Change Memory) je rychlá stálá paměť, o které její
zastánci tvrdí, že by se mohla stát univerzální pamětí. Společnosti IBM a Intel
se už pro vývoj této technologie spojily s ostatními firmami.
Tranzistor v buňce PCM vyvíjí energii k ohřevu nebo ochlazování materiálu, čímž
ho uvádí buď do amorfního stavu (s vysokým odporem), nebo do stavu
krystalického (s nízkým odporem). K měření odporu a k určení stavu paměťové
buňky (0 nebo 1) se pak využívá proudu.
I když je technologie PCM daleko rychlejší než flash, je pomalejší než SRAM.
Aby mohla konkurovat pamětem DRAM, musela by ještě podporovat neomezený počet
zápisů. Výzkum firmy IBM ukazuje, že technologie PCM se může přiblížit hranici
100 000 zápisů jako u flash, ale odolnost se dosud neověřovala, upozorňuje
Gallagher.
Společnost Ovonyx tvrdí, že její PCM technologie nazvaná Ovonics snese 10
bilionů zápisů, a uplatní se tam, kde paměti DRAM i flash.

Nanotrubice
Uhlíkové nanotrubice duté, trubicovité mřížky z uhlíkových atomů se dají využít
k výrobě mechanické paměti, která pracuje na bázi prohýbání a narovnávání
uhlíkového vlákna, čímž vzniká nebo zaniká spojení mezi dvěma elektrodami.
"Trvanlivost technologie flash můžeme kombinovat s rychlostí SRAM a s hustotou
DRAM," říká Greg Schmergel, výkonný ředitel firmy Nantero, která je průkopníkem
uhlíkových nanotrubic.
Tato technologie může být teoreticky minimalizována až na 5 nanometrů a už
dosáhla rychlostí několikanásobně vyšších než dnešní čipy DRAM. Čipy s
nanotrubicemi by mohly být 10-15x menší než dnešní čipy DRAM a potenciálně
mohou nabízet desateronásobnou úsporu energie. První výrobky, které přinesly
partnerské firmy jako například LSI Logic, se už objevily před 2 až 5 lety,
uvedl Schmergel.

Perspektivy molekuly
Molekulární paměť, vyvinutá firmou ZettaCore, využívá pro vytvoření paměťových
buněk DRAM chemický proces s molekulárním kapacitorem. Molekuly samočinně se
skládající na chemickém principu fungují na bázi přidávání a odnímání
elektronů. Tím se mění napětí, které se pak měří ke stanovení stavu 0 nebo 1.
Technologie podporuje čtyři stavy a dokáže do každé paměťové buňky uložit 2
bity. Molekulární paměti také potřebují o 70 % méně energie než standardní
paměti DRAM, protože jejich kapacitor dokáže pojmout 100x větší náboj, a proto
potřebuje obnovovat paměť méně často, říká Subodh Toprani, výkonný ředitel
firmy ZettaCore.
Molekulární paměť bude výrobcům umožňovat zdvojnásobit nebo zečtyřnásobit
kapacitu bez zvýšení nákladů, slibuje Toprani. Doufá, že takový výrobek bude k
dispozici do roku 2007 nebo 2008.

Kovové ionty
Paměť PMCm (Programmable Metallization Cell memory) od společnosti Axon
Technologies je alternativou
technologie DRAM. Oproti ní PMCm
představuje volatilní, energeticky
úspornější a kapacitně hustší variantu. V její buňce se vlivem přidání
elektronů ke kovovým iontům samovolně skládají maličká množství kovu do vláken.
Poté se k určení
stavu paměťové buňky zjišťuje odpor.
"Informaci neuchováváme jako náboj, uchováváme ji ve formě atomů," říká Michael
Kozicki, vedoucí technolog firmy Axon.
Kozicki je přesvědčen, že bude mít k dispozici první "skutečný návrh" roku
2007. "Vypadá to, že bychom si nemuseli účtovat víc než za současnou DRAM,"
slibuje.

Tržní aspekty
Schopnost efektivně vyrábět nové paměťové technologie v současných výrobních
provozech by nakonec mohla rozdělit výrobce na vítěze a poražené, říká Merritt
ze Semico Research. Aby uspěli, budou se prodejci nových technologií nejprve
zaměřovat na specifické vytipované trhy, na kterých budou moci vedle sebe
existovat a nekonkurovat si se zavedenými prodejci, a přitom se budou moci
technologicky dále rozvíjet.
"Momentálně vypadají všechny tyto technologie velmi působivě a dostupně," říká
Merritt. "Ale zůstává otázkou, zda tak vypadají, protože takové skutečně jsou,
nebo proto, že jsme se jim ještě nedostali dost hluboko pod slupku." Odpovědi
se zřejmě nedočkáme před koncem tohoto desetiletí.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.