211service.com
Terabajtové úložiště pro mobilní telefony
Nový typ paměťové technologie by mohl vést k flash diskům nebo paměťovým kartám digitálních fotoaparátů, které uchovávají terabajt informací – více než většina dnešních pevných disků. První příklady nové technologie, která by také mohla snížit spotřebu energie o více než 99 procent, by mohly být na trhu do 18 měsíců.
Malé kousky: Klíčem k novému typu paměťového čipu by mohly být měděné dráty o velikosti virů, jako jsou ty zde zobrazené.
Je to radikálně nová technologie, říká Michael Kozicki, profesor elektrotechniky na Arizonské státní univerzitě, jehož skupina je jednou z několika pracujících na verzi nové paměti. Pokud to opravdu funguje tak dobře, jak si všichni myslí, že by mohlo, mohlo by to skutečně způsobit revoluci v oblasti pamětí a úložišť.
Nový typ paměti, nazývaný programmable-metalization-cell (PMC) paměť nebo nano-iontová paměť, byl vyvíjen na Arizonské státní univerzitě a ve společnostech jako Sony a IBM. Je to jedna z nové generace experimentálních technologií, které se snaží nahradit pevné disky, energeticky nezávislou flash paměť používanou v přenosné elektronice a dynamickou paměť s náhodným přístupem (DRAM) v osobních počítačích. První prototypy s iontovou pamětí byly pro praktické použití příliš pomalé. Nedávno však výzkumníci prokázali, že materiály strukturované v nanoměřítku by mohly poskytnout zařízení s iontovou pamětí, která jsou mnohem rychlejší. Nano-iontová paměť je výrazně rychlejší než flash paměť a rychlost některých experimentálních buněk konkuruje DRAM, která je řádově rychlejší než flash.
Paměť by se také mohla snadno vyrobit. Nedávno arizonská skupina zveřejnila práci, která demonstruje, že nano-iontovou paměť lze vyrobit z materiálů běžně používaných v počítačových paměťových čipech a mikroprocesorech. To by mohlo usnadnit integraci se stávajícími technologiemi a znamenalo by to méně předělávání v továrnách, což by výrobce lákalo.
Dalším důvodem, proč je iontová paměť atraktivní, je to, že používá extrémně nízké napětí, takže může spotřebovat jen tisícinu energie než flash paměť. Teoreticky by také mohl dosáhnout mnohem vyšší hustoty úložiště – bitů informací na jednotku plochy – než to dokážou současné technologie.
Tyto atrakce jsou z velké části výsledkem nového mechanismu pro ukládání informací. Flash paměť ukládá bity informací jako elektrický náboj, ale čím menší jsou paměťové buňky, které bity drží, tím menší náboj mohou pojmout a tím méně spolehlivé jsou. Nová paměť ukládá informace přeskupováním atomů tak, aby vytvořily stabilní a potenciálně extrémně malé paměťové buňky. A co víc, každá buňka by mohla potenciálně ukládat více bitů informací a buňky lze vrstvit jedna na druhou, čímž se zvyšuje hustota úložiště paměti do té míry, že by mohla konkurovat dnešní nejhustší formě paměti: pevným diskům.
Každá paměťová buňka se skládá z pevného elektrolytu vloženého mezi dvě kovové elektrody. Elektrolyt je materiál podobný sklu, který obsahuje kovové ionty. Elektrolyt obvykle odolává toku elektronů. Ale když se na elektrody přivede napětí, elektrony se navážou na kovové ionty a vytvoří atomy kovu, které se shlukují. Tyto atomy tvoří vlákno o velikosti viru, které přemosťuje elektrody a poskytuje cestu, po které může proudit elektrický proud. Obrácení napětí způsobí, že se drát rozpustí, říká Kozicki. Vysoce odporový stav elektrolytu a druhý stav s nízkým odporem lze použít k reprezentaci nul a jedniček. Vzhledem k tomu, že kovové vlákno zůstává na místě, dokud není vymazáno, je nanoiontová paměť energeticky nezávislá, což znamená, že nepotřebuje energii k uchování informací, pouze k jejich čtení nebo zápisu.
Palecový disk, který uložil terabajt informací, by však musel využívat dvě další charakteristiky nano-iontové paměti, říká Kozicki. Za prvé, musel by uložit více než jeden bit informace na paměťovou buňku. Jakmile se vytvoří drát uvnitř článku, je možné znovu přivést napětí, což způsobí vytvoření více atomů, ztluštění drátu a další snížení odporu. Postupné otřesy drát ještě více zesílí a různé stavy odporu lze použít k uložení více bitů informací na drát.
Tento typ paměti lze navíc naskládat do vrstev, protože není nutné, aby byla každá buňka v kontaktu se základní vrstvou křemíku, jako je tomu u některých jiných typů pamětí. Kombinace více bitů na buňku s více vrstvami by mohla umožnit vytvoření mimořádně husté paměti, říká Kozicki.
William Gallagher, senior manažer pro průzkumný výzkum energeticky nezávislých pamětí v IBM Research, říká, že nano-iontová paměť je jednou z několika slibných paměťových technologií nové generace. Patří mezi ně MRAM, která ukládá informace pomocí magnetických polí, a paměť se změnou fáze, která ukládá informace podobným způsobem, jaký se používá k ukládání bitů na DVD. Gallagher říká, že konkurenti iontové paměti v tom mají náskok. Čipy MRAM se již prodávají pro některé speciální aplikace, jako jsou zařízení, která budou vystavena drsnému prostředí. Ale MRAM se může také ukázat jako lepší pro vysokorychlostní paměťové aplikace než jako náhrada za flash, takže nemusí přímo konkurovat nano-iontové paměti. Samsung by však mohl do jednoho roku prodávat flash paměti založené na změně fáze.
Přesto nemusí být nano-iontová paměť pozadu. Několik společností licencovalo technologii nano-iontové paměti vyvinutou na Arizonské státní univerzitě. Patří mezi ně společnost Qimonda se sídlem v Německu; Micron Technologies se sídlem v Boise, ID; a spuštění v tajném režimu Bay Area. Startup je na dobré cestě k výrobě svých prvních paměťových zařízení, která by podle Kozickiho mohla být dostupná do 18 měsíců. Tyto první čipy však nebudou konkurovat pevným diskům v hustotě paměti, říká.
Nová technologie by však mohla mít problém získat široké přijetí. Paměť typu Flash se neustále zlepšuje a může se tak stát u několika dalších generací produktů. Také nejlepší prototypy nano-iontové paměti byly vyrobeny z materiálů, které se nepoužívají v konvenčních mikročipech, takže výroba by mohla být nákladná, alespoň zpočátku. Kozickiho skupina nedávno prokázala, že iontová paměť může být postavena z kombinace materiálů oxidu křemičitého a mědi, které jsou kompatibilní s konvenční výrobou. Tyto materiály však nefungují tak dobře, což by je mohlo učinit méně atraktivními než alternativy, jako je paměť se změnou fáze. Aby nový typ paměti uspěl, bude možná nutné přesvědčit výrobce, aby přešli na nové materiály.