Подсистемы хранения данных
Точка невозвращения
Однако многие эксперты все-таки не верят в перспективы флэш-памяти в сфере миниатюризации и увеличения скорости функционирования. Считают, что куда более рациональным методом развития энергонезависимых технологий памяти является ферроэлектрический принцип хранения информации (Ferroelectric RAM). Памяти FeRAM (FRAM), принцип функционирования которой базируется на свойствах ферроэлектриков, всегда приписывали простоту, скорость и надежность в эксплуатации, свойственную DRAM, а также энергонезависимость и время хранения, присущее флэш-памяти. К дополнительным достоинствам FeRAM необходимо также отнести стойкость к радиации и другим проникающим излучениям. Это может быть широко востребовано в специальных приборах, например, исследовательских, предназначенных для нужд космоса или дозиметрических - для работы в жестких условиях высокой радиоактивности либо загрязненной окружающей среды.
Напомним, для ферроэлектриков характерна достаточно большая электрическая проницаемость, а также спонтанная поляризация. Наличие последней говорит о том, что без наложения электрического поля материал уже имеет некую поляризацию, способную после наложения внешнего электрического поля менять свой знак. Поляризация материала при нулевом электрическом поле имеет два противоположных по знаку значения - они могут быть истолкованы как "0" или "1", для организации интерпретатора двоичной системы исчисления. Кроме того, ферроэлектрикам присущ гистерезис поляризации, в зависимости от электрического поля, то есть имеется некоторое запаздывание одной характеристики от другой.
Современные достижения производителей памяти FeRAM еще раз подтверждают большую перспективность этой технологии. Очень показательны достижения компании Hynix Semiconductor, которая недавно заявила о новых результатах в области освоения производства микросхем FeRAM. Компания представила опытные образцы ферроэлектрических чипов объемами 4 и 8 Мбит и сообщила, что вскоре сможет увеличить их емкость в сотни раз.
Первая особенность новинок - использование структуры 1T1C (один транзистор, один конденсатор), вместо принятой многими другими производителями более сложной схемы 2T2C (два транзистора, два конденсатора). Применение упрощенной схемы позволит уменьшить рабочее напряжение ниже 1 В, снимая ограничение стандартной FeRAM, а также увеличить скорость ее функционирования. Вторая особенность Hynix FeRAM - использование нестандартного ферроэлектрического материала Bismuth Lanthanum Titanate, что, по заявлению производителя, позволило значительно увеличить устойчивость чипов к внешним электромагнитным шумам и повысить их общую надежность. По сообщению компании, они разработаны с таким расчетом, что выпуск более емких, 64-Мбитных чипов не потребует дополнительных затрат - очевидно, они могут быть созданы простым комбинированием существующих 4- и 8-мегабитных чипов. Что касается остальных характеристик микросхем производства Hynix, при производстве по техпроцессу 0,25 мк (по крайней мере, это относится к опытным образцам) они работают на напряжении 3 В, характеризуются временем доступа 60-70 нс и способны обеспечить до 100 млрд циклов чтения/записи.
Компания Ramtron International Corporation, разработчик FeRAM, недавно сообщила, что Promise Technology Inc. собирается применить эту память в RAID-контроллерах. Речь идет о 3-вольтовых 256-кбит чипах FM18L08, которые будут использоваться в RAID-системах для хранения информации о сделанных транзакциях и т. п. Как отмечается в пресс-релизе, основной причиной выбора Promise именно такой памяти стала реализованная в чипах технология NoDelay (без задержек). Компания Promise предполагает интегрировать в свои продукты чипы с параллельным интерфейсом и временем хранения данных без источника питания - до 10 лет. Также они характеризуются неограниченным числом циклов перезаписи, время доступа - 70 нс, рабочее напряжение - 3,0-3,65 В.
Подводя итоги, отметим, FeRAM, являясь в технологическом плане потомком современных типов памяти, вобрала наилучшие их черты - энергонезависимость и неплохую скорость работы.
Таким образом, ее смело можно считать реальным претендентом на роль базовой технологии для создания запоминающих устройств нового поколения. И хотя большая часть проблем, присущих данной памяти, уже преодолена, некоторые вопросы использования этой технологии все же остаются открытыми. Например, предпочтение ферроэлектриков фиксированной величины электрического сигнала и релаксация, а также отсутствие экономичного способа организации объемных массивов ячеек FeRAM. Эти проблемы придется еще решить. Впрочем, ученые уверены, что проблема увеличения плотности массива памяти FeRAM - временная, и аналитики компании Matsushita, даже при имеющихся научных результатах, прогнозируют рост рынка ферромагнитной памяти до $690 млн к 2005 году.
Другой тип памяти, столь же перспективный, как FeRAM, заключает в себе энергонезависимость и неплохие скоростные показатели функционирования. Речь идет о Magnetic RAM (MRAM). Данный тип памяти должен заложить основы новой парадигмы универсальной оперативной памяти, которая придет на смену микросхемам DRAM, SRAM и флэш-памяти. Вместо конденсаторов, применяемых в микросхемах DRAM, технология MRAM предусматривает использование тонкой магнитной пленки, тогда как в привычных микросхемах памяти информация сохраняется благодаря формированию соответствующим образом распределенного заряда конденсаторов. В устройствах MRAM хранение информации будет осуществляться за счет намагничивания пленки, что снимает необходимость периодического обновления памяти MRAM, как это происходит во всех современных разновидностях динамической памяти.
Структура логического элемента магниторезистивной памяти представлена двумя ферромагнитными слоями, разделенными проводящим слоем. Если намагниченности обоих слоев совпадают, электрическое сопротивление ячейки мало - это соответствует логической единице. Если же намагниченности слоев направлены в разные стороны, электрическое сопротивление ячейки велико, и это состояние соответствует логическому нулю.
MRAM вполне заслуженно называют технологией памяти следующего поколения, так как скоростные показатели существующих прототипов очень высоки - по данным IBM, время записи в MRAM может достигать всего 2,3 нс, что более чем в 1000 раз быстрее, нежели время записи в флэш-память, и в 20 раз быстрее скорости обращения к ферроэлектрической памяти.
По оценкам, время чтения произвольного бита может составлять не более 3 нс, то есть в 20 раз меньше, чем для DRAM, причем потребляемый ток равен примерно 2 мА (DRAM потребляет в 100 раз больше). Кроме того, MRAM, в отличие от SRAM, неуязвима к внешним электромагнитным воздействиям.
Сегодня на рынке доступны MRAM-чипы компании Cypress. Данный чип имеет объем 64 кбит, на 100% совместим с ее же чипом SRAM (8х8 кбит). Время доступа к произвольному биту в этом образце составляет около 70 нс, диапазон рабочих напряжений - 4,5-5,5 В, максимальная потребляемая мощность - 330 мВт, а минимальная - 495 мкВт. Производитель гарантирует более 1000 циклов записи-перезаписи. Что касается форм-фактора, он стандартен - JEDEC STD 28-pin DIP, 28-pin SOIC и TSOP, то есть безболезненно может быть установлен в те продукты, которые ранее использовали статическую память. Имеется в арсенале Cypress и другой чип - объемом 256 кбит, также совместимый с соответствующим SRAM-чипом (32х8 кбит) и обладающий аналогичными характеристиками и форм-фактором.
По оценкам аналитика компании Pathfinder Research Фреда Зибера, к 2005 году спрос на микросхемы MRAM может достичь $40 млрд, превысив спрос на аналогичные разработки в 100 раз. "Технология MRAM выглядит очень многообещающей, - отметил Зибер. - Конечно, пройдет еще немало времени, прежде чем она появится в коммерческих системах. Но если данная технология будет развиваться в соответсвующем направлении, она со временем вытеснит с рынка микросхемы DRAM, не говоря уже о конкурирующих типах".
