Rram: det kommende alternativet til flashminne

I går skrev jeg om problemene som produsenter av tradisjonelt NAND-flashminne står overfor, den typen lagring vi bruker i smarttelefonene, nettbrettene og SSD-ene. Flash-minnet har vokst enormt det siste tiåret. Tettheten har økt da prisene har falt raskt til det punktet hvor det nå er ganske vanlig å se små bærbare datamaskiner som bruker SSD-er for å erstatte harddisker og enterprise-systemer som bruker mye blitz. Dette har ikke - og vil ikke - erstatte harddisker, som forblir billigere og mer romslige, men det har gitt mange fordeler for både enterprise og mobile lagringssystemer. Tradisjonell skalering for NAND-blitz ser imidlertid ut til å være slutt, og som et resultat ser vi mye mer aktivitet rundt alternative former for minne.

For å løse disse problemene har utviklere forsøkt å lage nye typer ikke-flyktig minne, med mest oppmerksomhet på ting som STT-MRAM, faseendringsminne og spesielt resistiv random access RAM (RRAM eller ReRAM). Selv om det er mange forskjellige typer RRAM, består basecellen vanligvis av en topp- og bunnelektrode atskilt med et avstandsmateriale. Når en positiv spenning tilføres, dannes ledende filamenter og strøm strømmer gjennom materialet; når en negativ spenning påføres, blir filamentene brutt og avstandsstykket fungerer som en isolator.

RRAM og de andre alternativene ble ofte først tenkt som erstatninger for NAND-blits eller for tradisjonell DRAM, men i det minste innledningsvis får de spesielt oppmerksomhet som et "lagringsklasseminne" (SCM) som ville tilby rask overføring direkte til CPU (som DRAM) har høyere tetthet (som NAND Flash). Tanken er at du kan ha mye lagringsplass veldig raskt, i stedet for bare en liten mengde veldig rask DRAM og deretter en større mengde relativt tregere flash (vanligvis sikkerhetskopiert med enda tregere, men mer romslige harddisker). Nøkkelen til å gjøre dette arbeidet er å få en liten "cellestørrelse" for å lagre minnebitene, koble cellene sammen og finne en måte å produsere dette til en fornuftig pris. Selvfølgelig, systemer og programvare må også arkiveres på nytt for å dra nytte av disse ekstra lagringslagene.

Konseptet har vært under forskning i lang tid. Tilbake i 2010 viste Unity Semiconductor (nå eid av Rambus) en 64Mb ReRAM-brikke. HP har snakket om memristorteknologien, en form for ReRAM, de siste årene, og selskapet kunngjorde en plan om å samarbeide med Hynix Semiconductor for å lansere en erstatning for NAND-flash i løpet av sommeren 2013. Det har tydeligvis ikke skjedd ennå, men det ser ut til at mye fremgang skjer på ReRAM-feltet.

På International Solid States Circuits Conference (ISSCC) i år, Toshiba og SanDisk (som er partnere i flashminne), viste frem en 32 GB ReRAM-brikke, og på forrige ukes Flash Memory Summit viste en rekke selskaper nye teknologier som kretser rundt RRAM-teknologi.

En av de mest interessante er Crossbar, som bruker sølvionbaserte RRAM-celler som er koblet sammen i en "crossbar array" -layout for å øke tettheten. Selskapet viste en prototype, inkludert både minnet og en kontroller på en enkelt brikke på toppmøtet, og sier det håper teknologien kommer til å kommersialiseres neste år, men med endelige produkter som sannsynligvis ikke vil vises før i 2015. Crossbar sier at RRAM har 50 ganger lavere latenstid enn NAND-blits, og at solid-state-disker (SSD-er) basert på denne teknologien ikke vil kreve DRAM-cacher og slitasje-nivåering som er felles for dagens NAND-baserte SSD-er.

Crossbar sier at den har arbeidsprøver produsert av TSMC, og at det første kommersielle produktet vil være et innebygd minne som brukes på en SoC, men det har ikke røpt mange detaljer. Det er imidlertid rapportert at selskapet håper å produsere en 1 TB chip som måler rundt 200 kvadratmeter.

SK Hynix, som også jobber med teknologien, har snakket om fordelene med RRAM i å tilby lavere latenstid og bedre utholdenhet enn NAND, og ​​hvordan det gir mening i lagringsklasseminnet. RRAM-enheter kan dannes med en tverrstangsoppstilling eller med en vertikal matrise som 3D NAND, men begge har utfordringer. Som et resultat sa SK Hynix at de første RRAM-enhetene, mest sannsynlig rundt 2015, vil være to til tre ganger dyrere enn NAND-blits og vil først og fremst brukes til nisjeprogrammer med høy ytelse.

I mellomtiden jobber mange andre selskaper på plassen. Mens Toshiba og SanDisk viste en prototypebrikke i år, har Sony vist RRAM-papirer siden 2011 og jobber sammen med Micron for å utvikle en 16 GB-brikke i 2015. Men selv om minnecellen og matriser fungerte perfekt, ville det fortsatt ta lang tid å utvikle kontrollere og firmware for å gjøre dem levedyktige.

Gitt all hypen som følger med nye teknologier og tendensen til at eldre skaleres lenger enn folk tror, ​​er det lite sannsynlig at NAND-flashminnet eller DRAM-markedene forsvinner når som helst snart, og det vil ikke overraske meg at RRAM tar lengre tid å ta av enn støttespillerne tror. De endelige produktene vil sannsynligvis være veldig forskjellige fra prototypene som nå vises. Men det begynner å se ut som om RRAM vil ta spranget fra laboratoriet til det kommersielle markedet en gang i løpet av de neste to eller tre årene. I så fall kan det ha stor innvirkning på hvordan systemer er designet.