Crossbar pokazał terabajtowy czip pamięci ReRAM: niebawem zapomnimy o flashu?

Prace nad rezystywnymi pamięciami RAM (ReRAM) to świeża sprawa –głośno się o nich zrobiło po tym, gdy HP Labs zaprezentowałmemrystor, czwarty podstawowy element półprzewodnikowy, a jegoodkrywca argumentował,że wszystkie pamięci ReRAM są memrystorami. Za tym poszły konkretneinwestycje – rok temu Rambus kupił jednego z pierwszychproducentów ReRAM, Unity Semiconductors za 35 mln dolarów, aPanasonic ogłosił, że rozpoczyna prace nad oceną możliwościwykorzystania ReRAM w rozmaitych mikrokontrolerach i urządzeniachwbudowanych. Rok temu chyba jednak nikt nie spodziewał się, jakbardzo ReRAM może zmienić sytuację na rynku pamięci. Widać to teraz,gdy kalifornijski startup Crossbar zaprezentował czip, którydeklasuje obecnie produkowane układy RAM.[img=crossbar]Podstawowa idea, stojąca u podstaw ReRAM, jest całkiem prosta –dielektryk może zostać zmuszony do przewodzenia energii elektrycznejwzdłuż wytyczonych ścieżek po przyłożeniu odpowiednio wysokiegonapięcia. Ścieżki te można resetować i wyznaczać na nowo,przykładając odpowiednie napięcia. Z takich przełączników budowane sąpodstawowe komórki pamięci, na kilka różnych sposobów –najprostszy z nich polega na umieszczeniu pojedynczego przełącznikapomiędzy przecinającymi się pod kątem prostym liniami bitów (BL) iliniami słów (WL). W bardziej złożonych konstrukcjach wykorzystujesię elementy selekcjonujące, np. diody czy nawet tranzystory MOS, byzwiększyć szybkość odczytu, kosztem powierzchni czy zużycia energii).Taka pamięć jest więc w stanie być nie tylko szybka, ale teżprzechowywać dane po odłączeniu napięcia, co czyni ją doskonałymkandydatem na następcę obecnie wykorzystywanych pamięci NAND flash.[img=reram-konstrukcja]Oczywiście realizacja tej idei już prosta nie jest, a opracowanąprzez profesora Wei Lu z University of Michigan technologię możnaśmiało określić jako genialną. Jego komórka pamięci zbudowana jest ztrzech warstw: niemetalicznej elektrody od spodu, znanego z ogniwfotowoltaicznych amorficznego krzemu pośrodku oraz metalicznejelektrody na górze. Mechanizm przełączania oporności bazuje natworzeniu włókien w materiale mediującym po przyłożeniu napięcia doelektrod. Komórki pamięci zestawiane są w trójwymiarowej strukturze,bez ograniczeń co do liczby warstw układanych na sobie.Szczegóły techniczne pamięci opracowanej przez Wei Lu studiowalieksperci z funduszy inwestycyjnych Kleiner Parkens, Artiman Venturesi Northern Light Venture Capital i zdecydowali się w 2010 rokuwłożyć w rozpoczęcie działalności 25 mln dolarów. Zarejestrowanawówczas w kalifornijskiej miejscowości Santa Clara firma Crossbarszybko złożyła ponad 100 wniosków patentowych, z czego uznano jej dotej pory 30. Teraz Crossbar zaprezentował swój pierwszy produkt –czip pamięci, którego możliwości sprawiają, że inwestorzy, którzydopiero co włożyli ogromne pieniądze w linie produkcyjne pamięciflash mogą poczuć dziwny ucisk w gardle.Pojedynczy układ pamięci Crossbara, o rozmiarach ponad dwukrotniemniejszych niż porównywalny układ pamięci flash, jest w stanieprzechować terabajt danych, zużywając przy operacjach zapisu/odczytudwudziestokrotnie mniej energii. Szybkość tych operacji też budziuznanie: nawet 140 MB/s przy zapisie, odczyt 17 MB/s, ze średnimopóźnieniem rzędu 30 ns. Według firmy żywotność takich układówpamięci ma być przynajmniej dziesięciokrotnie wyższa niż układów NANDflash.[img=reramvsflash]Co najważniejsze, produkcja takich układów jest możliwa już teraz.Pierwsze macierze pamięci zbudowano w fabryce półprzewodnikównależącej do jednego z partnerów startupu. George Minnasian, dyrektorzarządzający Crossbara, twierdzi, że cały proces jest łatwy, jegoopracowanie zajęło niecałe trzy lata, a mimo to udało się osiągnąćwszystkie wyznaczone cele, dowodząc, że możliwa jest komercjalizacjatej technologii. To zimny prysznic dla całego przemysłu pamięci –twierdzi Minassian, uważający że w ciągu najbliższych lat zdoławyeliminować pamięci flash z rynku, produkując czipy ReRAM zarównosamodzielnie, jak i oferując gotową technologię innym firmom, wszczególności producentom układów SoC (System-on-a-chip).Sherry Garber, analityk z firmyConvergent Semiconductors, jest przekonana, że ReRAM jest wiodącątechnologią w wyścigu o zbudowanie kolejnej generacji pamięcitrwałych, a Crossbar okazał się firmą najbardziej zaawansowaną wpracach nad stworzeniem układów ReRAM. Biorąc pod uwagę to, żewartość globalnego rynku pamięci stałych jest dziś szacowana na 60mld dolarów, a pamięci flash są stosowane praktycznie wszędzie, odkart pamięci do aparatów fotograficznych po pamięci masowe wtabletach i telefonach, to o startupie profesora Wei Lu usłyszymyjeszcze nie raz – i chyba szybko przestanie być on tylkozatrudniającym 20 osób startupem.