Nano-RAM

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск
Типы компьютерной памяти
Энергозависимая
Энергонезависимая

Nano-RAM — это проприетарная технология компьютерной памяти от компании Nantero. По сути, это тип энергонезависимой памяти, основывающийся на механическом позиционировании углеродных нанотрубок, размещенных на чипообразной подложке. В теории небольшой размер нанотрубок позволит достичь весьма высокой плотности размещения памяти. Nantero зачастую упоминает её сокращенно как NRAM.





Технология

Технология Nantero основывается на весьма известном эффекте углеродных нанотрубок, когда перекрещивающиеся нанотрубки на плоской поверхности могут или касаться друг друга, или разделяться в вертикальном направлении (по отношению к подложке) за счет притяжения Ван-дер-Ваальса. В технологии Nantero каждая NRAM-«ячейка» состоит из некоторого количества нанотрубок, нанесенных на изолирующие «участки» на металлических электродах. Остальные нанотрубки располагаются над электродом «в воздухе», на высоте примерно 13 нм, растягиваясь между двумя участками. Небольшое пятно золота помещается на вершину нанотрубок одного из участков, обеспечивая электрическое соединение, то есть клемму. Второй электрод находится под поверхностью на расстоянии примерно 100 нм.

Обычно к нанотрубкам, нависающим над электродом, прикладывается небольшое напряжение между клеммой и выше расположенным электродом, в результате чего прохождение тока прекращается. Это представляет состояние «0». Однако, если применить большее напряжение между двумя электродами, то нанотрубки будут притягиваться к верхнему электроду, пока не коснутся его. В этот момент небольшое напряжение, приложенное между клеммой и верхним электродом, позволит току свободно протекать (нанотрубки являются проводниками), означая состояние «1». Состояние может быть изменено путём изменения полярности заряда, прикладываемого к двум электродам.

Использовать данный механизм как память позволяет тот факт, что в обоих позициях нанотрубки стабильны. В отключенном состоянии механическая деформация трубок низкая, поэтому они естественным образом сохраняют эту позицию, тем самым «запоминая» «0». Когда трубки притянуты к контакту при приложении к верхнему электроду нового заряда, в игру вступают крошечные силы Ван-дер-Ваальса, и их оказывается вполне достаточно, чтобы заставить трубки испытать механическую деформацию. Приняв данную позицию, трубки продолжат сохранять её, тем самым «запоминая» «1». Эти позиции довольно устойчивы к внешнему воздействию, например, радиации, которая может стирать или повреждать данные в обычной DRAM-памяти.

Чипы NRAM создаются путём помещения массы нанотрубок на подготовленный чип, содержащий ряды прямоугольных электродов, над которыми немного возвышаются изоляционные слои, располагающиеся между ними. Трубки, попавшие в «неправильные» места, затем удаляются, а золотые клеммы помещаются наверх. Могут применяться любые методы для выбора единственной ячейки для записи, например, второй набор электродов может работать в противоположном направлении, формируя сетку, или они могут быть выбраны приложением напряжения к клеммам, означая, что только эти выбранные ячейки получат полное напряжение, достаточно высокое для изменения данных.

На данный момент метод удаления ненужных нанотрубок делает систему довольно непрактичной. Точность выполнения и размер машинной эпитаксии значительно «больше», чем размер ячеек, создаваемых другими способами. Существующие экспериментальные ячейки обладают очень низкой плотностью, сравнимой с существующими системами, и для придания системе практической ценности должны быть представлены новые способы производства.

Преимущества

NRAM обладает плотностью, по крайней мере, в теории, сходной с DRAM. DRAM состоит из некоторого числа конденсаторов, представляющих собой, по сути, две небольших металлических пластины с тонким слоем диэлектрика между ними. NRAM в этом схожа, обладая клеммами и электродами приблизительно такого же размера, что и пластины в DRAM, а нанотрубки между ними существенно меньших размеров, поэтому их размер никак не влияет на общий размер ячейки. Однако существует минимальный размер, при котором можно создавать DRAM-чипы, ниже которого просто не будет хватать заряда, который ячейка сможет сохранить для чтения. NRAM, судя по всему, ограничен лишь современными техническими достижениями в литографии. Это означает, что NRAM может достичь большей плотности по сравнению с DRAM, что подразумевает удешевление производства, если станет возможным контролировать области нанесения углеродных нанотрубок по той же схеме, что и полупроводниковая промышленность контролирует размещение компонентов на кремнии.

Более того, в отличие от DRAM, NRAM не требует энергии для «обновления» данных, и будет удерживать данные даже после отключения питания. Дополнительное питание, требуемое для записи информации, гораздо ниже, чем у DRAM, накапливающей заряд на пластинах. Это означает, что NRAM будет конкурировать с DRAM не только за счет стоимости, но и благодаря меньшему потреблению энергии для запуска, и в итоге будет существенно быстрее (производительность операций записи в основном определяется необходимостью накопления полного заряда). NRAM теоретически может достичь производительности, сходной с SRAM, которая быстрее DRAM, но обладает значительно меньшей плотностью размещения, из-за чего и стоит гораздо дороже.

В сравнении с другими технологиями NVRAM (Энергонезависимая память или Non-Volatile RAM), NRAM обладает потенциалом, который может обеспечить значительное преимущество. Наиболее распространенным видом NVRAM на сегодняшний день является флеш-память, которая сочетает в себе бистабильную (то есть обладающую двумя устойчивыми состояниями) транзисторную цепь, более известную как триггер (что является основой и SRAM), с высокопроизводительным изолятором, обернутым вокруг одного из оснований транзистора. После записи информации изолятор удерживает электроны на базовом (нижнем) электроде, тем самым запоминая состояние «1». Однако для изменения этого состояния изолятор должен быть «перезаряжен» для удаления любого заряда, хранившегося там. Это требует высокого напряжения (примерно 10 Вольт), что существенно превышает возможности батареи. Флеш-системы для этого должны содержать в себе генератор «подкачки заряда», который будет постепенно накапливать энергию и выдавать её при высоком напряжении. Этот процесс не только очень медленный, но и при этом повреждает изолятор. По этой причине флеш-память имеет весьма ограниченный жизненный цикл, составляющий примерно от 10,000 до 1,000,000 циклов перезаписи, после чего устройство уже не будет работать эффективно.

NRAM потенциально лишен этих проблем. Процессы чтения и записи малозатратны в плане энергии по сравнению с флеш-памятью (или DRAM, с этой точки зрения), подразумевая, что NRAM будет способствовать более продолжительной жизни батареи в обычных устройствах. Также это может ускорить операции записи, в случае если NRAM заменит как флеш-память, так и DRAM. Современный сотовый телефон зачастую использует флеш-память для хранения телефонных номеров и другой информации, DRAM используется в качестве оперативной памяти для достижения наибольшей производительности (так как флеш-память слишком медленна для этого), а небольшие фрагменты SRAM используются в процессоре из-за того, что DRAM слишком медленна, чтобы её здесь использовать. NRAM теоретически в состоянии заменить все эти виды памяти, некоторый объем NRAM-памяти, помещенный на ЦПУ, вполне сможет выполнять функции кэша процессора, а другие чипы смогут взять на себя функции DRAM и флеш-памяти.

Сравнение с конкурирующими технологиями

NRAM — одна из множества новых систем памяти, большинство из которых позиционируются в качестве «универсальных», аналогично NRAM — обещается замена всему, начиная с флеш-памяти и заканчивая DRAM и SRAM.

Единственной альтернативной технологией памяти, готовой к коммерческому использованию, является FRAM (сегнетоэлектрическая память, FeRAM). В чипах FeRAM добавлено некоторое количество сегнетоэлектрического материала в так называемую «обычную» DRAM-ячейку, состояние поля применительно к материалу кодирует бит без разрушительных последствий для ячейки. FeRAM обладает всеми преимуществами NRAM, хотя и наименее возможный размер ячейки существенно превышает размер ячейки NRAM. FeRAM на данный момент используется в нескольких областях, где ограниченное число циклов записи флеш-памяти представляет существенную проблему. Операции чтения FeRAM по своей сути деструктивны для данных, требуя после чтения восстановительной операции записи.

Среди других предполагаемых кандидатов особо выделяют перспективные технологии MRAM и PRAM. MRAM основана на решетке из магнитных туннельных соединений. Ключом к потенциалу MRAM является способ чтения памяти, использующий туннельный магниторезистивный эффект, позволяя считывать память без разрушающего эффекта и затрачивая достаточно немного энергии. К сожалению, первое поколение MRAM, которое использовало поле, индуцирующее запись[1], уперлось в предел с точки зрения размера, который превосходил аналогичные показатели у существующих флеш-устройств. Тем не менее, две новых MRAM-технологии в настоящее время находятся в разработке и поддерживают обещания преодолеть ограничение размера, делая MRAM более конкурентоспособной даже по сравнению с флеш-памятью. К этим технологиям относятся Thermal Assisted Switching (TAS)[2], разрабатываемая компанией Crocus Technology, и Spin Torque Transfer (STT), над которой работают Crocus, Hynix, IBM, а также несколько других компаний[3].

Память PRAM основана на технологии, схожей с той, что применяется в перезаписываемых CD и DVD-дисках, используя фазовый переход состояний материала, изменяющего свои магнетические и электрические свойства вместо оптических (изменение оптических свойств используется в CD и DVD, а в чипах они не применимы). Материал для PRAM сам по себе является масштабируемым, но требует значительно больший источник тока.

Благодаря значительным инвестициям в производство флеш-памяти (фабрики и пр.), на данный момент не существует памяти, способной заменить на рынке флеш-память.

Продвижение

31 августа 2016 года компании Fujitsu Semiconductor и Mie Fujitsu Semiconductor заявили[4] о покупке лицензии на разработку и коммерческое производство памяти NRAM. Первая партия продукции будет произведена в 2018 году по 55 нм техпроцессу с последующим переходом на 40 нм[5].

См. также

Напишите отзыв о статье "Nano-RAM"

Примечания

  1. [www.everspin.com/technology.html MRAM Technology Attributes]
  2. [www.crocus-technology.com/pdf/BH%20GSA%20Article.pdf The Emergence of Practical MRAM]
  3. [www.eetimes.com/news/latest/showArticle.jhtml?articleID=218000269 Tower invests in Crocus, tips MRAM foundry deal]
  4. [www.fujitsu.com/jp/group/fsl/en/resources/news/press-releases/2016/0831.html Fujitsu Semiconductor and Mie Fujitsu Semiconductor License Nantero's NRAM And Have Begun Developing Breakthrough Memory Products for Multiple Markets] (англ.). fujitsu.com (31 August 2016). Проверено 11 сентября 2016.
  5. Геннадий Детинич. [www.3dnews.ru/938815 В 2018 году Fujitsu выпустит «флеш-память» на углеродных нанотрубках] (рус.). 3DNews. 3dnews.ru (5 сентября 2016). Проверено 11 сентября 2016.

Ссылки

  • [www.nantero.com/mission.html Страница, посвященная NRAM на сайте компании Nantero]  (англ.)
  • [www.economist.com/science/displaystory.cfm?story_id=1763552 On the tube — A new type of computer memory uses carbon, rather than silicon]  (англ.) — статья на сайте журнала «Economist»

Отрывок, характеризующий Nano-RAM

– Я об одном не перестаю молить Бога, mon cousin, – отвечала она, – чтоб он помиловал его и дал бы его прекрасной душе спокойно покинуть эту…
– Да, это так, – нетерпеливо продолжал князь Василий, потирая лысину и опять с злобой придвигая к себе отодвинутый столик, – но, наконец…наконец дело в том, ты сама знаешь, что прошлою зимой граф написал завещание, по которому он всё имение, помимо прямых наследников и нас, отдавал Пьеру.
– Мало ли он писал завещаний! – спокойно сказала княжна. – Но Пьеру он не мог завещать. Пьер незаконный.
– Ma chere, – сказал вдруг князь Василий, прижав к себе столик, оживившись и начав говорить скорей, – но что, ежели письмо написано государю, и граф просит усыновить Пьера? Понимаешь, по заслугам графа его просьба будет уважена…
Княжна улыбнулась, как улыбаются люди, которые думают что знают дело больше, чем те, с кем разговаривают.
– Я тебе скажу больше, – продолжал князь Василий, хватая ее за руку, – письмо было написано, хотя и не отослано, и государь знал о нем. Вопрос только в том, уничтожено ли оно, или нет. Ежели нет, то как скоро всё кончится , – князь Василий вздохнул, давая этим понять, что он разумел под словами всё кончится , – и вскроют бумаги графа, завещание с письмом будет передано государю, и просьба его, наверно, будет уважена. Пьер, как законный сын, получит всё.
– А наша часть? – спросила княжна, иронически улыбаясь так, как будто всё, но только не это, могло случиться.
– Mais, ma pauvre Catiche, c'est clair, comme le jour. [Но, моя дорогая Катишь, это ясно, как день.] Он один тогда законный наследник всего, а вы не получите ни вот этого. Ты должна знать, моя милая, были ли написаны завещание и письмо, и уничтожены ли они. И ежели почему нибудь они забыты, то ты должна знать, где они, и найти их, потому что…
– Этого только недоставало! – перебила его княжна, сардонически улыбаясь и не изменяя выражения глаз. – Я женщина; по вашему мы все глупы; но я настолько знаю, что незаконный сын не может наследовать… Un batard, [Незаконный,] – прибавила она, полагая этим переводом окончательно показать князю его неосновательность.
– Как ты не понимаешь, наконец, Катишь! Ты так умна: как ты не понимаешь, – ежели граф написал письмо государю, в котором просит его признать сына законным, стало быть, Пьер уж будет не Пьер, а граф Безухой, и тогда он по завещанию получит всё? И ежели завещание с письмом не уничтожены, то тебе, кроме утешения, что ты была добродетельна et tout ce qui s'en suit, [и всего, что отсюда вытекает,] ничего не останется. Это верно.
– Я знаю, что завещание написано; но знаю тоже, что оно недействительно, и вы меня, кажется, считаете за совершенную дуру, mon cousin, – сказала княжна с тем выражением, с которым говорят женщины, полагающие, что они сказали нечто остроумное и оскорбительное.
– Милая ты моя княжна Катерина Семеновна, – нетерпеливо заговорил князь Василий. – Я пришел к тебе не за тем, чтобы пикироваться с тобой, а за тем, чтобы как с родной, хорошею, доброю, истинною родной, поговорить о твоих же интересах. Я тебе говорю десятый раз, что ежели письмо к государю и завещание в пользу Пьера есть в бумагах графа, то ты, моя голубушка, и с сестрами, не наследница. Ежели ты мне не веришь, то поверь людям знающим: я сейчас говорил с Дмитрием Онуфриичем (это был адвокат дома), он то же сказал.
Видимо, что то вдруг изменилось в мыслях княжны; тонкие губы побледнели (глаза остались те же), и голос, в то время как она заговорила, прорывался такими раскатами, каких она, видимо, сама не ожидала.
– Это было бы хорошо, – сказала она. – Я ничего не хотела и не хочу.
Она сбросила свою собачку с колен и оправила складки платья.
– Вот благодарность, вот признательность людям, которые всем пожертвовали для него, – сказала она. – Прекрасно! Очень хорошо! Мне ничего не нужно, князь.
– Да, но ты не одна, у тебя сестры, – ответил князь Василий.
Но княжна не слушала его.
– Да, я это давно знала, но забыла, что, кроме низости, обмана, зависти, интриг, кроме неблагодарности, самой черной неблагодарности, я ничего не могла ожидать в этом доме…
– Знаешь ли ты или не знаешь, где это завещание? – спрашивал князь Василий еще с большим, чем прежде, подергиванием щек.
– Да, я была глупа, я еще верила в людей и любила их и жертвовала собой. А успевают только те, которые подлы и гадки. Я знаю, чьи это интриги.
Княжна хотела встать, но князь удержал ее за руку. Княжна имела вид человека, вдруг разочаровавшегося во всем человеческом роде; она злобно смотрела на своего собеседника.
– Еще есть время, мой друг. Ты помни, Катишь, что всё это сделалось нечаянно, в минуту гнева, болезни, и потом забыто. Наша обязанность, моя милая, исправить его ошибку, облегчить его последние минуты тем, чтобы не допустить его сделать этой несправедливости, не дать ему умереть в мыслях, что он сделал несчастными тех людей…
– Тех людей, которые всем пожертвовали для него, – подхватила княжна, порываясь опять встать, но князь не пустил ее, – чего он никогда не умел ценить. Нет, mon cousin, – прибавила она со вздохом, – я буду помнить, что на этом свете нельзя ждать награды, что на этом свете нет ни чести, ни справедливости. На этом свете надо быть хитрою и злою.
– Ну, voyons, [послушай,] успокойся; я знаю твое прекрасное сердце.
– Нет, у меня злое сердце.
– Я знаю твое сердце, – повторил князь, – ценю твою дружбу и желал бы, чтобы ты была обо мне того же мнения. Успокойся и parlons raison, [поговорим толком,] пока есть время – может, сутки, может, час; расскажи мне всё, что ты знаешь о завещании, и, главное, где оно: ты должна знать. Мы теперь же возьмем его и покажем графу. Он, верно, забыл уже про него и захочет его уничтожить. Ты понимаешь, что мое одно желание – свято исполнить его волю; я затем только и приехал сюда. Я здесь только затем, чтобы помогать ему и вам.
– Теперь я всё поняла. Я знаю, чьи это интриги. Я знаю, – говорила княжна.
– Hе в том дело, моя душа.
– Это ваша protegee, [любимица,] ваша милая княгиня Друбецкая, Анна Михайловна, которую я не желала бы иметь горничной, эту мерзкую, гадкую женщину.
– Ne perdons point de temps. [Не будем терять время.]
– Ax, не говорите! Прошлую зиму она втерлась сюда и такие гадости, такие скверности наговорила графу на всех нас, особенно Sophie, – я повторить не могу, – что граф сделался болен и две недели не хотел нас видеть. В это время, я знаю, что он написал эту гадкую, мерзкую бумагу; но я думала, что эта бумага ничего не значит.
– Nous у voila, [В этом то и дело.] отчего же ты прежде ничего не сказала мне?
– В мозаиковом портфеле, который он держит под подушкой. Теперь я знаю, – сказала княжна, не отвечая. – Да, ежели есть за мной грех, большой грех, то это ненависть к этой мерзавке, – почти прокричала княжна, совершенно изменившись. – И зачем она втирается сюда? Но я ей выскажу всё, всё. Придет время!


В то время как такие разговоры происходили в приемной и в княжниной комнатах, карета с Пьером (за которым было послано) и с Анной Михайловной (которая нашла нужным ехать с ним) въезжала во двор графа Безухого. Когда колеса кареты мягко зазвучали по соломе, настланной под окнами, Анна Михайловна, обратившись к своему спутнику с утешительными словами, убедилась в том, что он спит в углу кареты, и разбудила его. Очнувшись, Пьер за Анною Михайловной вышел из кареты и тут только подумал о том свидании с умирающим отцом, которое его ожидало. Он заметил, что они подъехали не к парадному, а к заднему подъезду. В то время как он сходил с подножки, два человека в мещанской одежде торопливо отбежали от подъезда в тень стены. Приостановившись, Пьер разглядел в тени дома с обеих сторон еще несколько таких же людей. Но ни Анна Михайловна, ни лакей, ни кучер, которые не могли не видеть этих людей, не обратили на них внимания. Стало быть, это так нужно, решил сам с собой Пьер и прошел за Анною Михайловной. Анна Михайловна поспешными шагами шла вверх по слабо освещенной узкой каменной лестнице, подзывая отстававшего за ней Пьера, который, хотя и не понимал, для чего ему надо было вообще итти к графу, и еще меньше, зачем ему надо было итти по задней лестнице, но, судя по уверенности и поспешности Анны Михайловны, решил про себя, что это было необходимо нужно. На половине лестницы чуть не сбили их с ног какие то люди с ведрами, которые, стуча сапогами, сбегали им навстречу. Люди эти прижались к стене, чтобы пропустить Пьера с Анной Михайловной, и не показали ни малейшего удивления при виде их.
– Здесь на половину княжен? – спросила Анна Михайловна одного из них…
– Здесь, – отвечал лакей смелым, громким голосом, как будто теперь всё уже было можно, – дверь налево, матушка.
– Может быть, граф не звал меня, – сказал Пьер в то время, как он вышел на площадку, – я пошел бы к себе.
Анна Михайловна остановилась, чтобы поровняться с Пьером.
– Ah, mon ami! – сказала она с тем же жестом, как утром с сыном, дотрогиваясь до его руки: – croyez, que je souffre autant, que vous, mais soyez homme. [Поверьте, я страдаю не меньше вас, но будьте мужчиной.]
– Право, я пойду? – спросил Пьер, ласково чрез очки глядя на Анну Михайловну.
– Ah, mon ami, oubliez les torts qu'on a pu avoir envers vous, pensez que c'est votre pere… peut etre a l'agonie. – Она вздохнула. – Je vous ai tout de suite aime comme mon fils. Fiez vous a moi, Pierre. Je n'oublirai pas vos interets. [Забудьте, друг мой, в чем были против вас неправы. Вспомните, что это ваш отец… Может быть, в агонии. Я тотчас полюбила вас, как сына. Доверьтесь мне, Пьер. Я не забуду ваших интересов.]
Пьер ничего не понимал; опять ему еще сильнее показалось, что всё это так должно быть, и он покорно последовал за Анною Михайловной, уже отворявшею дверь.
Дверь выходила в переднюю заднего хода. В углу сидел старик слуга княжен и вязал чулок. Пьер никогда не был на этой половине, даже не предполагал существования таких покоев. Анна Михайловна спросила у обгонявшей их, с графином на подносе, девушки (назвав ее милой и голубушкой) о здоровье княжен и повлекла Пьера дальше по каменному коридору. Из коридора первая дверь налево вела в жилые комнаты княжен. Горничная, с графином, второпях (как и всё делалось второпях в эту минуту в этом доме) не затворила двери, и Пьер с Анною Михайловной, проходя мимо, невольно заглянули в ту комнату, где, разговаривая, сидели близко друг от друга старшая княжна с князем Васильем. Увидав проходящих, князь Василий сделал нетерпеливое движение и откинулся назад; княжна вскочила и отчаянным жестом изо всей силы хлопнула дверью, затворяя ее.
Жест этот был так не похож на всегдашнее спокойствие княжны, страх, выразившийся на лице князя Василья, был так несвойствен его важности, что Пьер, остановившись, вопросительно, через очки, посмотрел на свою руководительницу.
Анна Михайловна не выразила удивления, она только слегка улыбнулась и вздохнула, как будто показывая, что всего этого она ожидала.