Перспективы развития памяти на основе эффекта изменения фазового состояния

Перспективы развития памяти на основе эффекта изменения фазового состояния

Выпуск 24 (6698) от 05 декабря 2019 г.
РУБРИКА: МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Появившаяся в 2019 г. память на основе эффекта изменения фазового состояния (PCRAM) позиционировалась как одна из трех перспективных новых технологий, во многом из-за использования твердотельных накопителей (SSD) и модулей DIMM корпорации Intel. Но выживут ли PCRAM без технологии 3D Xpoint? По прогнозу исследовательской фирмы Objective Analysis, продажи приборов 3D XPoint в 2029 г. достигнут 16 млрд долл. (в основном благодаря Optane).

Хотя представители Intel не раскрывают, на какой технологии основан их новейший продукт, специалисты считают, что 3D Xpoint – ​это именно PCRAM. Помимо этой совместной разработки Intel и Micron, во всем мире продолжаются исследования, направленные на реализацию потенциала памяти на основе эффекта изменения фазового состояния.

Как тип устройств памяти, PCRAM имеет долгую историю разработок, но только в последнее десятилетие НИОКР в этой области стали развиваться особенно бурно. По мнению представителей Object Analysis, причина, по которой данная технология продолжает считаться перспективной, заключается в ее потенциальной возможности масштабирования до миниатюрных размеров.

При этом информация о других проектах или разработках в данной сфере, кроме технологий 3D Xpoint, практически отсутствует. Представители Object Analysis не имеют точных сведений о коммерциализации, несмотря на большую активность в области исследований и разработок. Micron Technology недавно анонсировала SSD X100 NVMe, первый продукт компании в новом семействе высокопроизводительных решений для памяти, основанных на технологии 3D XPoint (см. рисунок).



Источник: Intel

Единственные доступные на сегодня в продаже образцы PCRAM представлены модулями Optane DIMM и SSD корпорации Intel. Они позиционируются компанией как еще один уровень в иерархии хранилищ данных, расположенный выше 3D-NAND SSD, но ниже ДОЗУ


Представители Object Analysis заявляют, что ситуация с PCRAM характерна для всех новых типов памяти: у каждого типа есть что-то, в чем он превосходит других, но они по-прежнему не имеют существенного превосходства над магниторезистивными ОЗУ (MRAM). Одна из областей, где ожидаются большие перспективы для PCRAM, – ​создание нейронных сетей, хотя для них рассматривается и возможность применения других технологий, например резистивных ОЗУ (ReRAM).

Специалисты IBM Research склонны рассматривать PCRAM как технологию, обладающую большим потенциалом. Они сообщили, что в последние несколько лет основное внимание уделялось созданию многоуровневой памяти как единственного способа снижения затрат за счет хранения большего числа битов в одной ячейке. Исследовательские работы включали в себя реализацию рабочих нагрузок на SSD Optane корпорации Intel с целью понять, какими будут последствия использования более быстродействующих приборов. С долгожданным выпуском модулей DIMM возник интерес к возможности хранения всей базы данных в энергонезависимой памяти данного типа. При наличии файловой системы, разработанной так, чтобы в полной мере использовать возможности постоянной памяти, можно достичь гарантированного выигрыша в производительности.

Потенциал масштабирования PCRAM – ​одна из наиболее привлекательных характеристик этих схем по сравнению с MRAM, производство которых уже давно поставлено на поток. Площадь ячейки памяти MRAM примерно в 10 раз больше, чем площадь ячейки памяти PCRAM. Правда, PCRAM все еще сталкивается с тем же барьером, что и любой недавно разработанный тип памяти, – ​необходимостью предоставить экономически обоснованные аргументы в пользу того, что именно эта технология может заменить ныне действующую, особенно флэш-память. Следующая веха для PCRAM в конкуренции с флэш-памятью – ​этажирование большего числа ячеек. С точки зрения используемых в производстве материалов PCRAM также находится в выигрышном положении, о чем свидетельствует коммерческая доступность 3D Xpoint.

По словам специалистов лаборатории Advanced Memory Lab (в составе Leti), материалы, используемые в производстве PCRAM, разрабатываются и изучаются уже около 50 лет, причем за последнее десятилетие число исследований только возросло. Несмотря на то что эти материалы довольно хорошо изучены, есть возможность их дальнейшего совершенствования. С точки зрения физики пределы возможностей используемых для создания PCRAM материалов еще не достигнуты. Однако с точки зрения производства возникают проблемы, связанные с небольшими размерами приборов, поскольку для всех материалов требуется сложнейший и очень точный процесс осаждения. Задача сейчас заключается в том, чтобы продолжать масштабирование без потери возможностей.

Основные требования к любому новому прибору – ​надежная работа и экономичность в производстве. Когда была представлена технология Optane, от нее ожидали прорыва. Intel и Micron явно полагали, что они в достаточной степени решили проблемы разработки и способны выпустить жизнеспособный продукт. И все же сказать наверняка, насколько перспективной окажется новая технология памяти, можно будет только по результатам практических испытаний. Она уже продемонстрировала высокие технические показатели, но неясно, насколько сама технология экономически выгодна и перспективна.

Многие производители следят за тем, насколько успешно проявит себя Optane, прежде чем начать разрабатывать и внедрять свои собственные продукты с использованием этой технологии. Кривая обучения – ​нормальная часть процесса внедрения новых технологий, и на ранних стадиях они всегда будут дороже в производстве, чем зрелые и «обкатанные». Пока сложно делать какие-то определенные выводы и прогнозы, касающиеся развития PCRAM, – ​остается наблюдать, как Optane будет продвигаться на рынке.


Hilson Gary. Does PCRAM Have Potential Beyond Optane? EE Times, November 7, 2019: https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1335276&page_number=1


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.