Terabyte lagring för mobiltelefoner

En ny typ av minnesteknik kan leda till tumminnen eller digitalkameraminneskort som lagrar en terabyte information – mer än de flesta hårddiskar rymmer idag. De första exemplen på den nya tekniken, som också kan sänka energiförbrukningen med mer än 99 procent, skulle kunna finnas på marknaden inom 18 månader.

Små bitar: Koppartrådar i storleken av virus, som de som visas här, kan vara nyckeln till en ny typ av minneschip.

Det är en radikalt ny teknik, säger Michael Kozicki, professor i elektroteknik vid Arizona State University, vars grupp är en av flera som arbetar med en version av det nya minnet. Om det verkligen fungerar så bra som alla tror att det skulle kunna, kan det verkligen revolutionera minnes- och lagringsindustrin.

Den nya typen av minne, som kallas PMC-minne (programmable-metallization-cell) eller nanojoniskt minne, har varit under utveckling vid Arizona State University och hos företag som Sony och IBM. Det är en av en ny generation av experimentell teknik som bjuder på att ersätta hårddiskar, det icke-flyktiga flashminnet som används i bärbar elektronik och det dynamiska slumpmässiga minnet (DRAM) i persondatorer. De första prototyperna med joniskt minne var alldeles för långsamma för praktisk användning. Men nyligen har forskare visat att material strukturerade i nanoskala kan ge joniska minnesenheter som är mycket snabbare. Nanojoniskt minne är betydligt snabbare än flashminne, och hastigheten hos vissa experimentella celler har konkurrerat med DRAM, vilket är storleksordningar snabbare än flash.

Minnet kan också visa sig vara lätt att göra. Nyligen publicerade Arizona-gruppen arbete som visar att nanojoniskt minne kan tillverkas av material som konventionellt används i datorminneschips och mikroprocessorer. Det skulle kunna göra det lättare att integrera med befintliga teknologier, och det skulle innebära mindre omverktyg vid fabriker, vilket skulle tilltala tillverkarna.

En annan anledning till att joniskt minne är attraktivt är att det använder extremt låga spänningar, så det kan förbruka så lite som en tusendel så mycket energi som flashminne. I teorin skulle det också kunna uppnå mycket högre lagringstätheter – informationsbitar per ytenhet – än vad nuvarande teknologier kan.

Dessa attraktioner är till stor del resultatet av en ny mekanism för att lagra information. Flash-minne lagrar bitar av information som elektrisk laddning, men ju mindre minnesceller som håller bitarna, desto mindre laddning kan de hålla och desto mindre tillförlitliga blir de. Det nya minnet lagrar information genom att omarrangera atomer för att bilda stabila, och potentiellt extremt små, minnesceller. Dessutom kan varje cell potentiellt lagra flera bitar av information, och cellerna kan läggas på varandra, vilket ökar minnets lagringstäthet till den grad att det kan konkurrera med den för den tätaste formen av minne idag: hårddiskar.

Varje minnescell består av en fast elektrolyt mellan två metallelektroder. Elektrolyten är ett glasliknande material som innehåller metalljoner. Vanligtvis motstår elektrolyten flödet av elektroner. Men när en spänning appliceras på elektroderna, binder elektroner till metalljonerna och bildar metallatomer som klungar ihop sig. Dessa atomer bildar en filament i virusstorlek som överbryggar elektroderna och ger en väg längs vilken elektrisk ström kan flöda. Att vända spänningen gör att tråden löses upp, säger Kozicki. Det högresistiva tillståndet hos elektrolyten och det andra tillståndet med låg resistans kan användas för att representera nollor och ettor. Eftersom metalltråden förblir på plats tills den raderas, är nanojoniskt minne icke-flyktigt, vilket innebär att det inte kräver energi för att hålla fast vid information, bara för att läsa den eller skriva den.

En minnesenhet som lagrade en terabyte av information skulle dock behöva dra fördel av två andra egenskaper hos nanojoniskt minne, säger Kozicki. För det första skulle den behöva lagra mer än en bit information per minnescell. När tråden inuti cellen bildas är det möjligt att lägga på en spänning igen, vilket gör att fler atomer bildas, förtjockar tråden och minskar motståndet ytterligare. Successiva stötar kommer att tjockna tråden ännu mer, och de olika motståndstillstånden kan användas för att lagra flera informationsbitar per tråd.

Dessutom kan denna typ av minne staplas upp i lager, eftersom det inte är nödvändigt för varje cell att vara i kontakt med ett baslager av kisel, vilket är fallet med vissa andra typer av minne. Att kombinera flera bitar per cell med flera lager kan göra det möjligt att bilda extraordinärt tätt minne, säger Kozicki.

William Gallagher, senior manager för utforskande forskning om icke-flyktigt minne vid IBM Research, säger att nanojoniskt minne är en av flera lovande nästa generations minnesteknologier. Dessa inkluderar MRAM, som lagrar information med hjälp av magnetfält, och fasförändringsminne, som lagrar information på ett sätt som liknar det som används för att lagra bitar på DVD-skivor. Gallagher säger att det joniska minnets konkurrenter har ett försprång. MRAM-chips säljs redan för vissa speciella applikationer, till exempel enheter som kommer att utsättas för tuffa miljöer. Men MRAM kan också visa sig vara bättre för höghastighetsminnestillämpningar än som en ersättning för flash, så det kanske inte konkurrerar direkt med nanojoniskt minne. Samsung kan dock sälja ett fasförändringsbaserat flash-ersättningsminne inom ett år.

Ändå kanske nanojoniskt minne inte ligger långt efter. Ett fåtal företag har licensierat nano-jonisk minnesteknik utvecklad vid Arizona State University. Dessa inkluderar Qimonda, baserat i Tyskland; Micron Technologies, baserat i Boise, ID; och en Bay Area stealth-mode-start. Startupen är på god väg att producera sina första minnesenheter, som Kozicki säger kan vara tillgängliga inom 18 månader. Dessa första chips kommer dock inte att konkurrera med hårddiskar i minnestäthet, säger han.

Den nya tekniken kan ändå ha svårt att få bred användning. Flash-minne fortsätter att förbättras och kan göra det för ytterligare några generationer av produkter. Dessutom har de bästa nanojoniska minnesprototyperna tillverkats av material som inte används i konventionella mikrochips, så tillverkning kan bli dyrt, åtminstone initialt. Kozickis grupp visade nyligen att joniskt minne kan byggas från en kombination av kiseldioxid och kopparmaterial som är kompatibla med konventionell tillverkning. Men dessa material fungerar inte lika bra, vilket kan göra dem mindre attraktiva än alternativ som fasförändringsminne. För att den nya typen av minne ska lyckas kan det bli nödvändigt att övertyga tillverkarna att byta till nya material.

Dölj