Теги → энергонезависимая память

Американские учёные уменьшили мемристор до атомарного уровня

Десять лет назад HP сообщила о разработке «четвёртого электротехнического элемента» — мемристора. На деле, это целый класс энергонезависимой памяти, в основе которой лежит эффект управления сопротивлением ячейки. Мемристоры улучшат параметры памяти для энергонезависимого хранения данных, но у них так же, как и у флеш-памяти, есть предел масштабирования, хотя он намного дальше. Учёные обещают расширить границы масштабирования до уровня атомов.

Источник изображения: The University of Texas at Austin

Источник изображения: The University of Texas at Austin

Повышение плотности записи мемристоров или резистивной памяти ReRAM, как она чаще называется в прессе, это главное стремление исследователей. Учёные из Техасского университета в Остине разработали теорию и испытали на практике запоминающий элемент сопоставимый с атомом. В своей работе, опубликованной в издании Nature Nanotechnology, они обещают перспективы достижения плотности записи в 25 Тбит на см2, а сам элемент назвали атомристором.

Самое интересное, что материалов для ячеек атомисторов может быть великое множество. В своём исследовании учёные проводили эксперимент с дисульфидом молибдена (MoS2). Идея заключается в том, чтобы дефект или вакансию в кристаллической структуре вещества (в данном случае — MoS2), заместил один атом металла. Этот один атом меняет проводимость материала или, по-простому, его сопротивление.

Технология представляется простой, но предстоит ещё масса исследований и разработка устройств записи и считывания, которые могли бы оперировать отдельными атомами, направляя их в дефекты кристаллических решёток и извлекая их обратно. Но 25 Тбит на см2 — это впечатляет!

Немцы обещают выпустить лучший аналог флеш-памяти в 2023 году. Он будет надёжнее, эффективнее и быстрее

Немецкий стартап Ferroelectric Memory Company сообщил, что в раунде «B» по сбору инвестиций получил $20 млн и остановил процесс, поскольку инвесторы не желали останавливаться. Компания FMC разрабатывает энергонезависимую память на способности сегнетоэлектриков удерживать поляризацию кристаллической ячейки даже при снятом напряжении. Память FeFET обещает оказаться более надёжной, быстрой и эффективной, чем альтернативные виды перспективной памяти.

Источник изображения: FMC

Источник изображения: FMC

Традиционно сегнетоэлектрическая память разрабатывалась с опорой на такое соединение, как цирконат-титанат свинца (PZT). Соединение PZT обладает превосходными пьезоэлектрическими свойствами, но использовать его в сочетании с классическими КМОП техпроцессами крайне сложно и дорого. Для своей сегнетоэлектрической памяти компания FMC использовала другие материалы, в частности аморфный оксид гафния (HfO2).

Аморфный оксид гафния примечателен тем, что он давно используется в качестве изолирующей подложки затворов транзисторов от планарных до вертикальных FinFET. Технология FMC позволяет превратить изолятор HfO2 под затвором в кристаллическое вещество HfO2, преобразовав обычный (логический) вентиль в управляемую ячейку энергонезависимой памяти FeFET. Таким же образом можно превратить КМОП конденсатор в ячейку памяти FeCAP.

Из сказанного выше следует, что компания FMC создаёт техпроцесс производства энергонезависимой сегнетоэлектрической памяти для современных производств без необходимости в замене промышленного оборудования и без привлечения редких и дорогих материалов. Сначала это будет встраиваемая память с превосходными характеристиками, а затем отдельные чипы для выпуска накопителей. Предполагается, что первые чипы со встроенными массивами памяти FeFET или FeCAP выйдут в 2023 году. Но есть оговорка. Компания будут предоставлять лицензию на технологию контрактным производителям чипов и заинтересованным компаниям. Кстати, лицензия на базовые патенты FeFET передана компании GlobalFoundries ещё в 2017 году. Этот производитель помогает Ferroelectric Memory Company разрабатывать техпроцесс.

Следует сказать, что эффект превращения аморфного оксида гафния в кристаллический обнаружили исследователи немецкой компании Quimonda. Когда в 2009 году Quimonda объявила себя банкротом, она передала патенты Дрезденскому техническому университету. Именно работники университета в 2016 году создали компанию Ferroelectric Memory Company и добились передачи ей двух ключевых патентов на технологию.

Источник изображения: FMC

Источник изображения: FMC

Во втором раунде сбора инвестиций деньги в FMC вложили компании M Ventures (корпоративное венчурное подразделение Merck), imec.xpand, SK Hynix, Robert Bosch Venture Capital и TEL Venture Capital, а также первый инвестор компания eCapital. Все они считаются стратегическими и жаждут воспользоваться плодами коммерциализации технологии.

Выше в таблице можно увидеть экспериментально полученные характеристики ячейки памяти FeFET и теоретически ожидаемые возможности. Отметим рекордное время переключения менее 1 нс и рекордно низкое потребление менее 1 фДж на бит как для чтения, так и для записи. Наконец, устойчивость к износу обещает лежать в пределах от 1011 до 1015, чего не обещает ни MRAM, ни другая перспективная энергонезависимая память. Видимо поэтому вещество HfOназывают идеальным материалом для памяти.

Британские физики придумали универсальную память ULTRARAM

Разработка моделей головного мозга упирается в отсутствие подходящей памяти: одновременно быстрой, плотной и энергонезависимой. Для компьютеров и смартфонов тоже не хватает памяти с подобными свойствами. Открытие британских физиков обещает приблизить появление необходимой универсальной памяти.

Структура новой ячейки универсальной памяти (Nature)

Структура новой ячейки универсальной памяти (Nature)

Изобретение сделали физики из Ланкастерского Университета (Великобритания). Ещё в июне прошлого года в журнале Nature они опубликовали статью, в которой рассказали о решении парадокса универсальной памяти, которая должна сочетать не сочетаемое: скорость работы DRAM и энергонезависимость NAND.

В июньской статье подробно рассказывалось о ячейке памяти, которая использует квантовые свойства электрона. Благодаря волновой природе этой частицы она может туннелировать через запрещённый барьер. Для этого электрон должен обладать определённой величиной «резонансной» энергии. При приложении к разработанной учёными ячейке небольшого потенциала до 2,6 В электроны начинают туннелировать через трёхслойный барьер из материалов арсенида индия и антимонида алюминия (InAs / AlSb). В обычных условиях этот барьер препятствует прохождению электронов и удерживает их в ячейке без подачи питания, что позволяет длительно сохранять записанное в ячейку значение.

В свежем январском выпуске журнала IEEE Transactions on Electron Devices те же исследователи рассказали, что они смогли создать надёжные схемы считывания данных из таких ячеек и научились объединять ячейки в массивы памяти. Попутно физики выяснили, что «резкость переходных барьеров» создаёт предпосылки для создания очень плотных массивов ячеек. Также в процессе моделирования для 20-нм техпроцесса стало понятно, что энергоэффективность предложенных ячеек может быть в 100 раз лучше, чем у памяти DRAM. При этом скорость работы новой памяти ULTRARAM, как её назвали учёные, сопоставима с со скоростью DRAM и ложится в пределы 10 нс по быстродействию.

Зарегистрированная торпгновая марка новой памяти

Зарегистрированная торговая марка новой памяти

В настоящее время учёные занялись проектированием массивов ULTRARAM и переносом решений на кремний. Также начался этап проектирования логических узлов для записи и чтения данных из ячеек. Забавно, что учёные уже зарегистрировали торговую марку для обозначения новой памяти (см. картинку выше).

Американские учёные создали транзистор со встроенной памятью FeRAM

Исторически сложилось, что обработка и хранение данных происходят в разных устройствах. Объединить вычислительные элементы и ячейки памяти в один электронный прибор означает нечто большее, чем умножить плотность размещения элементов на кристалле. Транзистор с памятью ― это заявка на имитацию структуры головного мозга человека со всеми вытекающими преимуществами, вплоть до создания сети Skynet. Шутка.

Purdue University/Vincent Walter

Purdue University/Vincent Walter

Начало опытного производства встраиваемой памяти STT-MRAM компаниями Intel, Samsung и другими разработчиками приближает осуществление вычислений в памяти. Магниторезистивный туннельный переход можно встраивать в контактную группу непосредственно под транзистором, что делает структуру вентиль-ячейка (1Т1C) довольно плотной. Ещё большей плотности можно достичь, если использовать сегнетоэлектрическую (ферроэлектрическую) ячейку памяти, совмещённую с транзистором, заявляют разработчики из американского исследовательского центра Purdue Discovery Park Birck Nanotechnology Center Университета Пёрдью.

В декабрьском выпуске журнала Nature Electronics учёные рассказали об исследовании, в котором они сумели создать полевой транзистор со встроенным туннельным переходом из сегнетоэлектрика. Традиционно сегнетоэлектрики относятся к диэлектрикам, материалам с изолирующими свойствами. Они обладают настолько широкой запрещённой зоной, что электроны не могут через неё проникать, тогда как полупроводники и, в частности, кремний легко проводят электроны.

Кроме этих свойств, у сегнетоэлектриков есть ещё одно качество, которое препятствует созданию ячеек памяти на одном кристалле кремния с транзисторами. Кремний не сочетается напрямую с сегнетоэлектрическими материалами. Он «отравляется» ими, как заявляют учёные. Чтобы не допустить этого негативного эффекта и создать ячейку FeRAM в составе транзистора, удалось подобрать полупроводниковый материал со свойствами сегнетоэлектрика.

Этим материалом стал селенид альфа-индия. У этого материала небольшая ширина запрещённой зоны и он может пропускать электричество. Поскольку это полупроводник, ничто не препятствует его сочетанию с кремнием. Исследование, опыты и моделирование показали, что полевой транзистор на основе селенида альфа-индия при должной оптимизации может превзойти существующие полевые транзисторы и привнести в эти элементы ячейки памяти. Толщина туннельного перехода на данном материале может составлять 10 нм и даже быть тоньше ― до одного слоя атомов. Это обещает высочайшую плотность размещения ячеек памяти, что позволит сделать шаг к созданию электронного «мозга». Добавим: это исследование в основном финансируют военные США, что возвращает нас к тому, что шутка о Skynet может оказаться вовсе не шуткой.

Ученые из МФТИ сделали шаг к появлению новой «флешки»

Создание и разработка устройств для энергонезависимого хранения цифровых данных ведётся на протяжении многих десятилетий. Настоящий прорыв чуть меньше 20 лет назад совершила память типа NAND, хотя её разработка стартовала ещё лет на 20 раньше. Сегодня, спустя примерно полвека после начала широкомасштабных исследований, начала производства и постоянных усилий по совершенствованию NAND, этот тип памяти близок к исчерпанию своих возможностей для развития. Необходимо закладывать основу для перехода на иную ячейку памяти с лучшими энергетическими, скоростными и другими характеристиками. В длительной перспективе такой памятью может стать сегнетоэлектрическая память нового типа.

Поперечное сечение изготовленной структуры (МФТИ)

Поперечное сечение изготовленной структуры (МФТИ)

Сегнетоэлектрики (в зарубежной литературе используется термин ферроэлектрики) ― это диэлектрики, которые обладают памятью о приложенном электрическом поле или, иначе говоря, характеризуются остаточной поляризацией зарядов. Память на сегнетоэлектриках не является чем-то новым. Проблемой было уменьшить масштаб сегнетоэлектрических ячеек до наноразмерного уровня.

Три года назад учёные в МФТИ представили технологию изготовления тонкоплёночного материала для сегнетоэлектрической памяти на основе оксида гафния (HfO2). Это тоже не уникальный материал. Этот диэлектрик несколько пятилеток подряд использовался для изготовления транзисторов с металлическими затворами в процессорах и другой цифровой логике. На основе предложенных в МФТИ сплавных поликристаллических плёнок оксидов гафния и циркония толщиной 2,5 нм удалось создать переходы с сегнетоэлектрическими свойствами.

Чтобы сегнетоэлектрические конденсаторы (так их стали называть в МФТИ) можно было использовать в качестве ячеек памяти, необходимо добиться максимально возможной поляризации, для чего необходимо детальное изучение физических процессов в нанослое. В частности, получить представление о распределении электрического потенциала внутри слоя при подаче напряжения. До недавнего времени учёные могли опираться лишь на математический аппарат для описания явления, и только сейчас реализована методика, с помощью которой буквально удалось заглянуть внутрь материала в процессе явления.

Команда ученых, проводивших эксперимент, возле установки высокоэнергетической рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на синхротроне PETRA III, Гамбург. Слева направо: Андрей Глосковский, Юрий Матвеев, Дмитрий Негров, Виталий Михеев и Андрей Зенкевич. Предоставлено Андреем Зенкевичем (МФТИ)

Команда ученых, проводивших эксперимент, возле установки высокоэнергетической рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на синхротроне PETRA III, Гамбург. Слева направо: Андрей Глосковский, Юрий Матвеев, Дмитрий Негров, Виталий Михеев и Андрей Зенкевич. Предоставлено Андреем Зенкевичем (МФТИ)

Предложенная методика, которая опирается на высокоэнергетическую рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, могла быть реализована только на специальной установке (ускорителях-синхротронах). Такая находится в Гамбурге (ФРГ). Все эксперименты с изготовленными в МФТИ «сегнетоэлектрическими конденсаторами» на основе оксида гафния прошли в Германии. Статья о проведенной работе опубликована в Nanoscale.

«Созданные в нашей лаборатории сегнетоэлектрические конденсаторы, если их применить для промышленного изготовления ячеек энергонезависимой памяти, способны обеспечить 1010 циклов перезаписи — в сто тысяч раз больше, чем допускают современные компьютерные флешки», — утверждает  Андрей Зенкевич, один из авторов работы, заведующий лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ. Тем самым к новой памяти сделан ещё один шаг, хотя этих шагов предстоит сделать ещё очень и очень много.

GlobalFoundries предлагает эталонные 22-нм контроллеры с eMRAM

Многолетнее партнёрство компании GlobalFoundries и разработчика магниторезистивной памяти eMRAM и MRAM компании Everspin Technologies уже вылилось в производство 40-нм чипов энергонезависимой памяти типа ST MRAM (Spin-Torque MRAM). На линиях GlobalFoundries выпускаются массовые 256-Мбит 40-нм микросхемы ST MRAM и опытные 1-Гбит 28-нм чипы. Для производства памяти Everspin используются обычные пластины из монолитного кремния.

На следующем этапе GlobalFoundries собирается освоить выпуск ST MRAM с использованием пластин FD-SOI (полностью обеднённый кремний на изоляторе) с нормами 22 нм (кодовое название техпроцесса 22FDX). В текущем году техпроцесс 22FDX будет внедрён в массовое производство на заводах компании в Дрездене, а в следующем году — на новом производстве GlobalFoundries в Китае.

Встраиваемую память eMRAM в сочетании с эталонными микроконтроллерами GlobalFoundries планирует предложить своим клиентам ближе к концу 2018 года. За разработку контроллеров отвечает компания eVaderis, а GlobalFoundries предложит техпроцесс 22FDX и технологию интеграции массивов eMRAM в состав контроллера. В качестве опции клиенты смогут заказать интеграцию в MCU eVaderis блоков NAND-флеш и SRAM.

Информация в ячейке MRAM хранится в виде намагниченности слоёв

Информация в ячейке MRAM хранится в виде намагниченности слоёв

Техпроцесс 22FDX позволит создавать экономичные по потреблению и площади решения. Платформа в виде eMRAM с MCU eVaderis будет распространяться в виде IP-блоков для самостоятельного производства и для интеграции в решения клиентов GlobalFoundries. Это могут быть контроллеры для вещей с подключением к Интернету, в том числе с батарейным питанием, контроллеры для потребительской и промышленной электроники, а также контроллеры для автомобилей.

Fujitsu представила энергонезависимую память FRAM для автомобильной отрасли

Компания Fujitsu объявила о разработке микрочипа памяти FRAM, рассчитанного на использование в составе автомобильных систем. Это первое изделие в совершенно новом продуктовом семействе, особенностью которого является широкий диапазон рабочих температур.

FRAM, или Ferroelectric RAM, — сегнетоэлектрическая энергонезависимая память с произвольным доступом. Память обеспечивает высокую скорость доступа и характеризуется большим количеством циклов перезаписи.

Как отмечает Fujitsu, в свете стремительного развития автомобильных электронных систем всё острее встаёт вопрос о надёжном хранении данных, собираемых многочисленными бортовыми сенсорами. Новое FRAM-изделие, получившее обозначение MB85RS256TY, как раз и призвано решить проблему.

Чип сохраняет работоспособность при эксплуатации в температурном диапазоне от -40 до +125 градусов Цельсия. Более того, в перспективе нижняя граница может быть опущена до минус 55 градусов. Данные гарантированно хранятся в памяти в течение десяти лет или более при постоянной температуре до 85 градусов Цельсия.

Представленное решение имеет ёмкость 256 Кбит. Используется интерфейс SPI; напряжение питания — от 1,8 до 3,6 В. Долговечность заявлена на уровне 1013 циклов перезаписи.

Поставки инженерных образцов MB85RS256TY уже начались. 

Первые потребительские накопители Intel Optane на пути к началу продаж

О твердотельных накопителях Intel, в основе которых лежит принципиально новый тип памяти — 3D XPoint, мы писали неоднократно, и не все сообщения были позитивными. Так, на IDF 2016 продемонстрированные прототипы накопителей попросту простаивали. Но сама технология, несмотря на высокую себестоимость и цену конечных продуктов, весьма перспективная, поскольку обещает высокую производительность при существенно большем ресурсе, нежели может предложить сегодняшнее поколение NAND. Как сообщают зарубежные источники, накопители Intel Optane уже на пути к началу продаж.

C латентностью у 3D XPoint дела обстоят великолепно...

C латентностью у 3D XPoint дела обстоят великолепно...

Но мы бы предостерегли энтузиастов от преждевременной радости. Да, производительность накопителей серии Optane 8000p достаточно высока: до 300 тысяч IOPS при случайных операциях чтения (до 120 тысяч IOPS при записи), а линейная скорость чтения достигает 1600 Мбайт/с. Конечно, уже существуют NAND-накопители с существенно лучшими параметрами, например, Samsung 960 Pro, но в чём памяти 3D XPoint нет равных, так это в латентности (времени отклика). По этому параметру накопители Optane будут уступать разве что оперативной памяти DRAM, которая по определению является энергозависимой.

...а вот объёмы и производительность пока не очень впечатляют

...а вот объёмы и производительность пока не очень впечатляют

А теперь главное разочарование: первые модели Intel Optane будут иметь ёмкость всего 16 и 32 Гбайт, причём первая модель будет иметь пониженный уровень производительности, да и вторая уже выглядит тесноватой для современных операционных систем. Так что первое поколение Optane явно не выглядит подходящим в качестве «рабочей лошадки» на каждый день для быстрой системы. Здесь лучшим выбором по-прежнему являются накопители на основе NAND-памяти с поддержкой протокола NVMe. А вот для использования в серверных системах кеширования Intel Optane подойдёт великолепно: эти накопители надёжны, имеют высокий ресурс и малое время отклика — идеальное сочетание качеств для этой задачи.

Накопители Intel Optane на IDF 2016 простаивали

На мероприятии Intel Developer Forum компания раскрыла свои основные планы, в том числе и по внедрению новой технологии энергонезависимой памяти 3D XPoint. Накопители с такой памятью будут поставляться на рынок под брендом Optane.

Но самое интересное, что на IDF компания показала действующие прототипы накопителей Optane в форм-факторе PCI Express x4. Все они напоминали аналогичные SSD Intel в том же форм-факторе и являли собой плату расширения формата HHHL, прикрытую большим радиатором спереди и теплорассеивающей пластиной сзади. Всё, что удалось разглядеть под задней пластиной — это H-образные посадочные места под чипы BGA и установленные рядом с ними чипы 3DXpoint. Судя по всему, дизайн унифицирован и предназначен для построения накопителей ёмкостью от 140 Гбайт и выше. Обе продемонстрированные на IDF модели имели именно такую ёмкость.

Хорошо видны посадочные места и сами чипы 3DXpoint

Хорошо видны посадочные места и сами чипы 3DXpoint

Как сообщил сотрудник Intel, новые образцы используют специализированный контроллер вместо FPGA в ранних образцах, но разработка этого контроллера ещё не завершена. К сожалению, Intel не спешит демонстрировать свои новинки в работе: в обеих тестовых системах накопители Optane простаивали. На одной из систем был запущен видеоролик, показывающий результаты рендеринга с использованием Optane, на другой шло слайд-шоу, демонстрирующее возможности технологии в среде RocksDB — высокоскоростной базы данных.

Тем не менее, накопители явно работали, поскольку их корпуса были тёплыми и, судя по ощущениям, нагретыми примерно до 40 градусов. По крайней мере, мы знаем, что рабочие образцы Optane у Intel есть и они будут готовы к производству, как только закончится доработка контроллера и программной части. Вероятно, больше о новых накопителях можно будет узнать на мероприятии Supercomputing 16, которое пройдёт в середине ноября.

Скорее весего, финальные модели получат также более производительный интерфейс PCI Express x8 3.0, поскольку при четырёх линиях максимальная пропускная способность шины составляет всего 32 Гбит/с, а новая технология Intel явно способна на большее, да и сама компания позиционирует её в качестве по-настоящему высокоскоростного решения.

Crossbar представила рабочий RRAM-чип

Стартап-компания Crossbar заявила о разработке собственной версии энергонезависимой памяти RRAM (resistive random-access memory). По утверждению разработчиков, память нового поколения позволит хранить до 1 Тбайт данных в микросхеме площадью 200 мм2.

Из важных достижений Crossbar стоит отметить создание работающего массива RRAM-памяти на коммерческой фабрике, что компания назвала важной вехой в развитии. По сути, это первая фаза на пути к серийному производству. Технология Crossbar предусматривает простую трёхслойную структуру, которая позволяет создавать 3D-чипы ёмкостью несколько терабайт. Из достоинств своей разработки компания также указывает на совместимость с КМОП-технологиями производства.

По утверждению разработчиков, их память в 20 раз выигрывает по производительности энергоэффективности по сравнению с современными микросхемами NAND. При этом габариты чипа компактнее в два раза. По оценкам аналитической компании Webfeet Research, к 2016 году оборот рынка энергонезависимой памяти составит $48,4 млрд.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Анонсировано улучшенное переиздание классической JRPG SaGa Frontier 13 ч.
Creative Assembly всё ещё работает над шутером, а другие студии SEGA готовят игры по новым IP 14 ч.
Разработчики Apex Legends назвали самых популярных персонажей в игре — на первом месте по-прежнему Рэйф 14 ч.
В Сети появились записи геймплея Immortals Fenyx Rising на PS5, Switch, Xbox Series X и S 15 ч.
Фонд наследного принца Саудовской Аравии купит 51 % акций издательства SNK 15 ч.
Фанат переделал игры Link: The Faces of Evil и Zelda: The Wand of Gamelon 1993 года под современные ОС 17 ч.
Релиз системы управления виртуализацией Proxmox VE 6.3: поддержка Backup Server, упрощение хранения ключей и многое другое 18 ч.
В systemd 247 включили экспериментальный обработчик нехватки памяти 19 ч.
Видео: 2 декабря Хван Сон Гён появится в Soulcalibur VI, файтинг получит новую арену и другие материалы 22 ч.
Новая статья: Marvel’s Spider-Man: Miles Morales — в паутине посредственности. Рецензия 29-11 00:22
Грузовые корабли «Прогресс МС» начнут летать к МКС чаще 14 мин.
Трамп собирается официально включить SMIC в список неблагонадёжных китайских компаний 17 мин.
Большой игровой монитор ASUS TUF Gaming VG34VQL1B имеет вогнутую форму 45 мин.
Британские операторы смогут устанавливать оборудование Huawei в сетях 5G до сентября следующего года 47 мин.
Новая статья: Топ-10 смартфонов дешевле 20 тысяч рублей (2020) 8 ч.
Новая статья: Всё, что вы пропустили: космические лазеры Илона Маска, электронные паспорта граждан РФ и судебный иск 300 футболистов к Electronic Arts 11 ч.
NZXT приостановила продажи корпуса H1 из-за угрозы короткого замыкания у PCIe-райзера 19 ч.
Новогодняя иллюминация в воздухе: световые шоу дронов становятся всё более впечатляющими и доступными 20 ч.
OPPO вскоре представит смартфон Reno5 Pro 5G с чипом MediaTek Dimensity 1000+ 24 ч.
Huawei готовит новый умный динамик — устройство Sound Pro 24 ч.