Tätare, snabbare minne utmaningar både DRAM och Flash

En ny typ av minneschip som ett nystartat företag precis har börjat testa kan ge framtida smartphones och andra datorenheter både en hastighet och lagringsboost. Tekniken, känd som crossbar memory, kan lagra data cirka 40 gånger så tätt som det mest kompakta minnet som finns tillgängligt idag. Det är också snabbare och mer energieffektivt.

Mer minne: Minneslagringsenheten som visas i denna elektronmikrobild kan möjliggöra dramatiska hopp i kapaciteten för minneskort och andra digitala datalager.

Teknikens förmåga att lagra mycket data på ett litet utrymme kan se att den ersätter flashminneschipsen som är grunden för minneskort, vissa hårddiskar och den interna lagringen av mobila enheter. Data kan nås och skrivas till tvärstrecksminnet tillräckligt snabbt för att se att de också eventuellt konkurrerar med DRAM, som används som korttidsminne, i datorenheter. Tekniken är betydligt mer energieffektiv än både blixt och DRAM.

Det kommer att vara mycket tätare och snabbare än blixt eftersom det inte är baserat på att flytta elektroner runt eller på transistorer, säger Wei Lu , en professor vid University of Michigan vars forskning ledde till utvecklingen av tvärstavsminne. Lu är också en av grundarna och chefsforskare av Santa Clara, Kalifornien-baserade startup Crossbar, som kommersialiserar tekniken. Han konstaterar att företaget initialt utvecklar sin teknik för att ersätta flashlagring.

Demonstrationsminneschips tillverkas av TSMC, världens största kontraktschiptillverkare. Crossbar säger att den nuvarande versionen av tekniken kan lagra en terabyte data (1 000 gigabyte) på ett enda chip 200 kvadratmillimeter, ungefär lika stort som ett frimärke. Som jämförelse kan nämnas att de tätaste flashminneskretsarna på marknaden idag lagrar 16 gigabyte på ett enda chip. Det minsta sådana chipet, som introducerades av Micron i maj i år, är 144 kvadratmillimeter stort.

Crossbar-minne kallas så på grund av den enkla strukturen i nanoskala som används för att lagra data. Två lager av jämnt fördelade, stavliknande elektroder staplas ovanpå varandra, med stavarna på det översta lagret orienterade i 90 grader mot dem i lagret nedanför för att bilda ett rutnät. Databitar – 1:or och 0:or – lagras vid var och en av de korsningar där elektroder från de olika lagren korsar varandra.

Den grundläggande tvärbalksarkitekturen har använts i flera år som grund för nya idéer inom elektronik, inklusive för minne (se Molecular Memory ). Lus version är dock annorlunda i hur den lagrar data vid korsningarna, med en enkel distans tillverkad av amorft kisel vid varje korsning snarare än ett mer exotiskt material.

I Crossbars chips separerar denna distans elektroden från det övre lagret, tillverkat av silver, från det nedre lagret, tillverkat av en icke-metallisk ledare. Bitar lagras genom att distansen vänder mellan att vara en isolator och en ledare - ibland låter ström passera mellan de övre och nedre elektroderna, ibland blockerar strömmen. Distansen kan behålla sitt tillstånd, och därmed en bit, utan ström.

Data skrivs genom att en specifik styrspänning appliceras på en viss korsning. Om en positiv spänning appliceras får silvernanopartiklar att krypa ut från den övre stången in i kiseldistansen, och så småningom penetrera tillräckligt långt för att skapa en elektrisk väg mellan de övre och nedre stavarna så att ström kan flyta. Att applicera en negativ styrspänning kan vända den processen. Data läses ut från tvärstångsminnet genom att testa konduktiviteten för varje korsning.

I de demonstrationschips som produceras idag är ett lager av tvärstångsminnesstrukturer staplade ovanpå ett lager av konventionella kisel-CMOS-kretsar. Den kretsen läser, skriver och raderar data från tvärstreckets minneslager overhead.

Crossbar, som har fått 25 miljoner USD i investeringsfinansiering från Kleiner Perkins Caufield & Byers, Artiman Ventures och Northern Light Venture Capital, började arbeta med att kommersialisera Lus forskning 2010. En avgörande del av utvecklingsprocessen var att anpassa den nya teknologin för masstillverkning. i befintliga spånfabriker, säger Lu. Experiment krävdes för att bestämma hur de nya tvärstångsstrukturerna skulle placeras ovanpå konventionella CMOS-kretsar. Du vill inte kontaminera CMOS-lagret eller höja temperaturen så mycket att det skadas, säger Lu.

Crossbars teknologi förbereder sig för marknaden i en tid då minnestillverkare kämpar för att pressa ut mer datatäthet ur befintliga metoder för att göra flashminnen, säger Brian Cronquist, vice vd för Monolitisk 3D , ett företag som utvecklar 3D-chiparkitekturdesigner. De sätt de använde för att skala flashminne fungerar inte längre.

Flashminneschips lagrar data som laddningsöar på en yta, men dessa öar kan inte packas tätare än de är idag, vilket gör förbättringar i densitet praktiskt taget omöjliga. Det har drivit Samsung och Toshiba att arbeta med 3D-minneschips, som staplar flera laddningslagringsytor. Samsung producerade fungerande chips redo för massproduktion tidigare i år.

Men, säger Cronquist, kommer det tillvägagångssättet inte att ge vinster på mer än några år, så en ny teknik kommer att behöva ta över. Crossbar’s är en möjlig utmanare, säger han, bland annat inom utveckling.

En av dessa är HP:s, baserad på en elektrisk komponent känd som memristor, som förutspåddes existera 1971 men först gjordes först 2008 (se Memristor Memory Readied for Production). HP sa så sent som förra året att man skulle lansera tekniken i slutet av 2013, men man har inte nyligen bekräftat sina planer.

Dölj