Про память

[Flanger]

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.

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.

[Flanger]

Учёные создали энергонезависимую память, которая не портится при нагреве до 600 градусов

Для расширения границ возможностей микроэлектроники для растущих запросов человечества нужны новые компоненты, способные работать как при экстремально низких температурах, так и при экстремально высоких. В первом случае открывается возможность сопряжения классических компьютеров и квантовых платформ. Во втором — появляется путь к работе на экстремальных глубинах, на гиперзвуке и в космосе, например, в системах управления двигателями ракет. И это важно.

Группа учёных из Пенсильванского университета опубликовала в журнале Nature Electronics статью, в которой сообщила о разработке и создании прототипа сегнетоэлектрической энергонезависимой памяти (ferrodiode), способной работать при нагреве до 600 °C в течение 60 часов подряд.

Эта память важна для сочетания с электроникой на основе карбида кремния, который в теории тоже способен выдерживать рабочие температуры до 600 °C включительно. Теоретический предел работы кремниевой электроники составляет 125 °C. Логика на карбиде кремния в сочетании с только что представленной памятью на сегнетоэлектрических диодах позволит создавать относительно производительные вычислительные платформы и даже платформы с ИИ для спуска оборудования на глубину до 100 км под поверхность земли или для работы на поверхности той же Венеры.

Созданный в Университете Пенсильвании 45-нм прототип сегнетоэлектрической энергонезависимой памяти представляет собой синтезированное соединение AIScN (l0.68Sc0.32N). Экспериментальная ячейка памяти была протестирована в лаборатории при нагреве до 600 °C и оставалось работоспособной с напряжением питания ниже 15 В (сохраняла данные после снятия внешнего электрического поля). При этом элемент памяти демонстрировал «быстрое» переключение между состояниями, обещая производительную работу в составе будущих высокотемпературных микроэлектронных решений.