ررام: البديل القادم لذاكرة فلاش

بالأمس ، كتبت عن المشكلات التي تواجه صانعي ذاكرة فلاش NAND التقليدية ونوع التخزين الذي نستخدمه في هواتفنا الذكية والأجهزة اللوحية ومحركات أقراص الحالة الثابتة. نمت ذاكرة الفلاش بشكل هائل على مدار العقد الماضي. زادت الكثافة نظرًا لانخفاض الأسعار بسرعة إلى الحد الذي أصبح من الشائع فيه الآن رؤية أجهزة الكمبيوتر المحمولة الصغيرة التي تستخدم محركات أقراص الحالة الصلبة لاستبدال محركات الأقراص الصلبة وأنظمة المؤسسات التي تستخدم الكثير من الفلاش. لا يحل هذا - ولن يحل محل - محركات الأقراص الصلبة ، التي تظل أرخص وأكثر رحابة ، ولكنها جلبت الكثير من المزايا لكل من أنظمة التخزين على مستوى المؤسسات والجوال. ومع ذلك ، يبدو أن القياس التقليدي لفلاش NAND يقترب من نهايته ، ونتيجة لذلك ، نشهد نشاطًا أكثر بكثير حول أشكال بديلة من الذاكرة.

لمعالجة هذه المشكلات ، يحاول المطورون إنشاء أنواع جديدة من الذاكرة غير المتطايرة ، مع توجيه معظم الانتباه إلى أشياء مثل STT-MRAM وذاكرة تغيير الطور وخاصة ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة (RRAM أو ReRAM). على الرغم من وجود العديد من أنواع مختلفة من RRAM ، إلا أن الخلية الأساسية تتكون عادةً من قطب علوي وسفلي يفصل بينهما مادة فاصل. عندما يتم تطبيق الجهد الإيجابي ، تتشكل خيوط موصل ويتدفق التيار عبر المواد ؛ عندما يتم تطبيق الجهد السلبي ، وكسر خيوط ويعمل الفاصل بمثابة عازل.

غالبًا ما كان يُنظر إلى RRAM والبدائل الأخرى على أنها بدائل لـ NAND flash أو DRAM التقليدية ، ولكن على الأقل في البداية يحظى باهتمام خاص كـ "ذاكرة فئة التخزين" (SCM) التي توفر نقل سريع مباشرة إلى وحدة المعالجة المركزية (مثل DRAM) لها كثافة أعلى (مثل NAND Flash). تكمن الفكرة في أنه يمكن الوصول إلى الكثير من السعة التخزينية بسرعة كبيرة ، بدلاً من مجرد مقدار صغير من DRAM سريع للغاية ثم كمية أكبر من الفلاش أبطأ نسبيًا (عادةً ما يتم نسخها احتياطيًا باستخدام محركات أقراص ثابتة أبطأ ولكن أكثر رحابة). المفتاح لإنجاز هذا العمل هو الحصول على "حجم خلية" صغير لتخزين أجزاء الذاكرة ، وربط الخلايا معًا ، وإيجاد طريقة لتصنيعها بسعر معقول. بالطبع ، سوف تحتاج أيضًا إلى إعادة تنظيم النظم والبرامج للاستفادة من طبقات التخزين الإضافية هذه.

كان المفهوم قيد البحث لفترة طويلة. مرة أخرى في عام 2010 ، أظهرت Unity Semiconductor (المملوكة حاليًا لشركة Rambus) رقاقة ReRAM بسعة 64 ميجابايت. كانت HP تتحدث عن تقنية memristor ، وهي أحد أشكال ReRAM ، على مدى السنوات القليلة الماضية ، وأعلنت الشركة عن خطة للعمل مع Hynix Semiconductor لإطلاق بديل لـ NAND flash بحلول صيف عام 2013. ومن الواضح أن هذا لم يحدث بعد ، لكن يبدو أن الكثير من التقدم يحدث في مجال ReRAM.

في المؤتمر الدولي لدوائر الحالة الصلبة (ISSCC) هذا العام ، قامت توشيبا وسانديسك (وهما شريكان في ذاكرة فلاش) بعرض رقاقة بسعة 32 جيجا بايت ، وفي قمة ذاكرة فلاش الأسبوع الماضي ، كان عدد من الشركات تعرض تقنيات جديدة تدور حول تكنولوجيا RRAM.

واحدة من أكثرها إثارة للاهتمام هي Crossbar ، التي تستخدم خلايا RRAM القائمة على الفضة أيون متصلة معًا في تخطيط "مجموعة العارضة" لزيادة الكثافة. عرضت الشركة نموذجًا أوليًا ، بما في ذلك الذاكرة ووحدة التحكم على شريحة واحدة في القمة ، وتقول إنها تأمل في أن يتم تسويق التكنولوجيا في العام المقبل ، على الرغم من أنه من غير المحتمل ظهور منتجات نهائية حتى عام 2015. وتقول شركة Crossbar أن RRAM لديها 50 زمن الوصول أقل من فلاش NAND ، وأقراص الحالة الصلبة (SSD) القائمة على هذه التقنية لن تتطلب ذاكرة التخزين المؤقت DRAM وتسوية التآكل الشائعة في محركات أقراص الحالة الصلبة المستندة إلى NAND اليوم.

تقول شركة Crossbar إنها تمتلك عينات عمل تم تصنيعها بواسطة TSMC وأن أول منتج تجاري لها سيكون ذاكرة مضمنة تستخدم في شركة نفط الجنوب ، لكنها لم تكشف عن الكثير من التفاصيل. ومع ذلك ، تم الإبلاغ عن أن الشركة تأمل في إنتاج شريحة بسعة 1 تيرابايت تقيس حوالي 200 ملليمتر مربع.

تحدثت SK Hynix ، التي تعمل أيضًا على التكنولوجيا ، عن مزايا RRAM في توفير زمن انتقال أقل وتحمل أفضل من NAND وكيف يكون ذلك منطقيًا في ذاكرة فئة التخزين. يمكن تشكيل أجهزة RRAM بمصفوفة متقاطعة أو بمصفوفة رأسية مثل 3D NAND ، لكن كلاهما يواجه تحديات. ونتيجة لذلك ، قال SK Hynix أن أول أجهزة RRAM ، على الأرجح حوالي عام 2015 ، ستكون أغلى مرتين إلى ثلاث مرات من فلاش NAND وسيتم استخدامها في المقام الأول للتطبيقات المتخصصة عالية الأداء.

وفي الوقت نفسه ، الكثير من الشركات الأخرى تعمل في الفضاء. بينما عرضت Toshiba و SanDisk شريحة أولية هذا العام ، فإن Sony تعرض ورقات RRAM منذ عام 2011 وتعمل مع Micron لتطوير شريحة بسعة 16 جيجابايت في عام 2015. ولكن حتى إذا كانت خلية الذاكرة والصفائف تعمل بشكل مثالي ، فسوف يستغرق الأمر وقتًا طويلاً لتطوير وحدات التحكم والبرامج الثابتة لجعلها قابلة للحياة.

بالنظر إلى كل هذه الضجة المصاحبة للتقنيات الجديدة وميل التقنيات القديمة إلى التوسع أكثر مما يعتقد الناس ، فمن غير المرجح أن تختفي أسواق ذاكرة NAND أو ذاكرة DRAM في أي وقت قريبًا ، ولن يفاجئني أن أرى RRAM يستغرق وقتًا أطول تقلع مما يعتقد أنصارها. من المحتمل أن تكون المنتجات النهائية مختلفة تمامًا عن النماذج الأولية المعروضة الآن. ولكن بدأ يظهر أن RRAM ستقفز من المختبر إلى السوق التجارية في وقت ما في السنتين أو الثلاث سنوات القادمة. إذا كان الأمر كذلك ، فقد يكون له تأثير عميق على كيفية تصميم النظم.