Образцы PCM-памяти, способной хранить в одной ячейке три бита данных

В рамках Международного семинара IEEE по технологиям памяти, который проходил недавно в Париже, ученые из компании IBM Research продемонстрировали первый в своем роде чип компьютерной памяти, на поверхности которого создана матрица из 64 тысяч ячеек, способных хранить по три бита данных каждая. Такая способность ячеек памяти является следствием использования относительно новой технологии, называемой памятью на основе фазовых переходов (Phase-Change Memory, PCM). Следует отметить, что представленный IBM чип является не первым чипом PCM-памяти на свете, но все, что было сделано ранее, способно было хранить только один бит данных в одной ячейке.Нынешняя компьютерная память разделяется на три основных типа — это динамическая память DRAM, память на жестких дисках и FLASH-память. Каждая из этих технологий имеет ряд собственных преимуществ и недостатков и за последние несколько лет PCM-память привлекает внимание инженеров и ученых как память, сочетающая в себе все наилучшие черты основных типов. Она отличается высокой скоростью чтения-записи, надежностью, стабильностью и высоким значением показателя плотности хранения информации. PCM-память является энергонезависимой, он не теряет информацию при отключении питания, как DRAM-память, а количество циклов записи у PCM-памяти превышает 10 миллионов, что существенно больше, чем у обычной FLASH-памяти, используемой в USB-флешках.

Специалисты компании IBM прогнозируют, что на основе новой PCM-памяти можно будет создавать как самостоятельные, так и гибридные устройства, включающие в себя и другие типы долговременной памяти и использующие PCM-память как очень быстрый энергонезависимый буфер. Такие устройства позволят держать операционную систему и программы постоянно памяти, что позволит загружать компьютер или мобильный телефон всего за пару секунд времени, а базы данных, хранимые на массивах PCM-памяти, будут работать с недостижимым ранее быстродействием.Материалы, лежащие в основе ячеек PCM-памяти могут находиться в двух стабильных состояниях, в аморфном (без определенной кристаллической структуры) и в кристаллическом (с упорядоченной кристаллической структурой). Эти состояния, помимо кристаллической структуры материала, различаются и значением его удельной электрической проводимости. Для записи 1 или 0 в ячейку PCM-памяти к ней прикладывают высокий или средний электрический потенциал, возникающий при этом электрический ток обеспечивает переход материала из одного фазового состояния в другой и наоборот. Логическому 0 соответствует аморфное состояние материала ячейки, а логической 1 — кристаллическое. Для чтения данных, записанных в ячейке, к ней прикладывается низкое напряжение и производится быстрое измерение силы протекающего через нее тока.

Но, некоторые PCM-материалы имеют способность находиться в течение длительного времени в нескольких промежуточных состояниях, в которые они переходят при пропускании через них электрического тока определенной величины. Каждому из таких состояний соответствует свое собственное значение удельного сопротивления материала, что можно использовать для кодирования в одной ячейке более одного бита информации. «Получение возможности записи трех бит информации в одну ячейку является существенным достижением» — рассказывает доктор Хэрис Позидис (Haris Pozidis), исследователь из IBM Research-Zurich, — «Это позволит нам получить стоимость чипов многобитной PCM-памяти значительно ниже, чем стоимость чипов DRAM, и ближе к стоимости FLASH».

Для того, чтобы получить возможность записи более одного бита данных в ячейку памяти, исследователям из IBM потребовалось разработать несколько новых технологий. Во-первых, была разработана структура самой ячейки памяти, которая обеспечивает малый температурный и временной дрейф ее параметров, а во-вторых, были разработаны схемы кодирования и декодирования информации, устойчивые к дрейфу параметров ячейки.

Чип новой PCM-памяти был изготовлен исследователями IBM при помощи стандартных 90-нм технологий производства полупроводниковых приборов. На кристалле этого чипа расположены две матрицы ячеек памяти, каждая из которых имеет размеры 1000 на 800 микрометров и разбита на четыре банка с отдельной адресацией. Материалом PCM-ячеек является легированный сплав из разряда халькогенидов, а сам чип упакован в стандартный корпус и впаян на обычную печатную плату. А эта плата, в свою очередь была установлена и используется в работе сервера на базе процессора POWER8. Взято с http://dailytechinfo.org