Корейские учёные создали гибрид оперативной и флеш-памяти со сверхнизким потреблением

В одном из апрельских номеров журнала Nature вышла статья учёных из Южной Кореи, в которой было рассказано об одной очень перспективной разработке. Открытие можно представить как обнаружение Святого Грааля в области памяти — ячеек, которые одновременно и быстрые как DRAM, и энергонезависимые как NAND. По самым скромным оценкам, новая память потребляет в 15 раз меньше, чем выпускаемые сегодня аналоги, а выпускать её — дешевле некуда. Не память, а мечта.

Слева современная PCM, справа — новая разработка. Источник изображений: Nature

Сразу поясним, речь идёт о памяти с фазовым переходом или PCM (phase-change memory). Ячейка PCM представляет собой некий объём вещества, которое может находиться либо в аморфном состоянии, либо в кристаллическом. В первом случае движения электронов в ячейке нет — там настоящий хаос, а во втором — это упорядоченная структура, которая способна проводить ток. От одного к другому состоянию ячейка переходит с помощью локального нагрева, что изначально сложно назвать энергоэффективным решением. Спасают только самые передовые техпроцессы, когда ячейка выходит максимально маленькой, и заказчики, которые готовы, не торгуясь, платить за устойчивую к разным влияниям среды память, например, нечувствительную к радиации.

Теоретически памятью PCM можно считать незаслуженно вычеркнутую из планов Intel память 3D XPoint (Optane), хотя её также можно отнести и к ReRAM или к резистивной памяти. В принципе, суть остаётся той же, и у неё точно те же проблемы — это дорогое производство и плохое масштабирование.

Но списывать PCM со счетов ещё рано. Учёные с Факультета электротехники университета KAIST разработали техпроцесс, в ходе которого PCM-переход образуется электрическим методом (в ходе миграции атомов вещества, по-видимому). Для такого производства не нужны дорогая литография и всё самое лучшее. С помощью нового техпроцесса размеры перехода удалось снизить до 5 нм. И это при том, что производители памяти за 20 с небольшим лет разработки и производства PCM приблизились только к 40-нм ячейкам, используя распространённые в производстве техпроцессы.

Очевидно, что 5-нм ячейка PCM будет потреблять меньше 40-нм. В ходе опытов прототип новой памяти PCM, которая «быстрая, как DRAM и энергонезависимая, как NAND-флеш», показал энергопотребление в 15 раз меньше, чем в случае современных аналогов.

«Разработанное нами устройство памяти с фазовым переходом имеет большое значение, поскольку оно предлагает новый подход к решению проблем при производстве устройства памяти при значительно повышенных производственных затратах и энергоэффективности. Мы ожидаем, что результаты нашего исследования станут основой электронной инженерии будущего, позволяя реализовывать различные продукты, включая трёхмерную вертикальную память высокой плотности и нейроморфные вычислительные системы, поскольку оно открыло возможности выбора из множества материалов», — скромно представили новинку разработчики, которая, в случае успеха, тянет на революцию в области оперативного и долговременного хранения данных.