Usuari:Mcapdevila/PRAM
La memòria de canvi de fase ( phase-change RAM , també anomenada PRAM, PCRAM, PCM, Ovonic unified memory -memòria ovónica unificada-i C-RAM, de calcógeno) és un tipus de memòria no volàtil. Utilitza vidre calcógeno (antigen) que pot configurar-se en un de dos estats, cristal·lí i amorf mitjançant l'ús de calor. És part d'un grup de noves tecnologies de memòria que busquen competir amb la memòria Flash en el camp de les memòries no volàtils suplint les mancances d'aquesta. [1]
Introducció
[modifica]Stanford Ovshinsky (Energy Conversion Devices) va explorar les propietats del vidre calcógeno i el seu potencial d'emmagatzematge en els anys 60. Al número de setembre de 1970 de Electronics , Gordon Moore (cofundador d'Intel) va publicar un article sobre aquesta tecnologia, encara que la qualitat dels materials i els problemes de consum van evitar la seva comercialització. L'interès ha ressorgit recentment amb els problemes previsibles d'escalat de les memòries Flash i DRAM.
Els dos estats del vidre calcógeno tenen una resistivitat extremadament diferent, que configura la base de l'emmagatzematge de informació. L'estat amorf posseeix una gran resistència i s'utilitza per representar el zero binari, mentre que l'estat cristal·lí de baixa resistència representa el un. El calcógeno és el mateix material que s'utilitza en dispositius òptics regravables (com CD-RW i DVD-RW). En aquests casos el que es manipula són les propietats òptiques en lloc de la resistivitat, ja que el índex de refracció del calcógeno també varia segons l'estat.
La PRAM encara no ha arribat a la seva etapa de comercialització, encara que pràcticament tots els prototips utilitzen un aliatge calcógena de germani, antimoni i tel·luri (GeSbTe) anomenada GST. S'escalfa a temperatures de 600° C per liquar el calcógeno; després de la seva refredament es congela adoptant un estat vitri amórfico d'alta resistència elèctrica. En escalfar per sobre del seu punt de cristal·lització però per sota del seu punt de fusió es transforma en un estat cristal·lí de resistència molt menor. Aquest procés de canvi de fase pot completar en cinc nanosegons segons una sol·licitud de patent de gener de 2006 per part de Samsung Electronics. Aquests temps són comparables als de memòries volàtils com la DRAM actual, amb temps l'ordre de 2 ns.
PRAM vs. Flash
[modifica]Precisament és aquest temps de canvi el que fa a la PRAM i altres propostes semblants un substitut interessant de Flash. La sensibilitat a la temperatura de la PRAM és el seu major desavantatge, i podria requerir canvis en els processos de producció de la mateixa.
La memòria Flash funciona modulant la càrrega electrònica emmagatzemada a la porta d'un transistor MOS. La porta està dissenyada per ser capaç de confinar càrrega elèctrica (bé en porta flotant o en trampes d'aïllant). La presència de càrrega a la porta modifica el voltatge de llindar del transistor () de manera que pot identificar-se amb un dígit binari. El canvi de valor requereix el buidatge de la càrrega acumulada, el que al seu torn necessita que un voltatge relativament elevat la atregui des de la porta. Aquest pic de càrrega requereix un cert temps de preparació. En general, el temps d'escriptura és l'ordre d'un mil·lisegon per a un bloc de dades, enfront d'uns 10 ns que són necessaris per a la lectura d'un byte.
La memòria PRAM ofereix un acompliment molt millor en aplicacions en les que l'escriptura és important, tant pel menor temps de canvi de l'element com pel fet que els canvis poden realitzar-se a nivell de bit sense afectar un bloc sencer de cel·les. La seva velocitat està milers de vegades per sobre de les dels discos durs convencionals. Això la fa especialment útil per cobrir emmagatzematge no volàtil que en l'actualitat ve limitat per la velocitat d'accés a les dades.
Cada pic de voltatge en Flash degrada la cel·la de dades progressivament de manera que la majoria de dispositius només tenen una vida d'entre 10000-100000 cicles d'escriptura per sector, de manera que els controladors de Flash reparteixen l'escriptura entre els diferents blocs físics. Conforme les cel·les es redueixen en grandària per la tecnologia el problema s'agreuja, ja que el voltatge necessari no escala amb la litografia, la qual cosa porta a disminuir vida mitjana esperada dels dispositius.
Les raons de la degradació amb l'ús en PRAM són diferents que les de Flash, de manera que les primeres podrien arribar als 100 milions de cicles d'escriptura. [2] Els límits per al PRAM tenen a veure amb la degradació deguda a l'expansió tèrmica de l'GST durant la programació, la migració del metall i altres materials i altres aspectes encara desconeguts.
Mentre que els xips Flash poden programar abans de formar part d'un circuit integrat (o fins i tot comprar-preprogramats), les altes temperatures de soldat esborrarien els continguts d'una PRAM, un aspecte que cobra encara més importància pels processos de fabricació sense plom. Hauria per tant poder programar la PRAM després d'haver-se soldat.
Les portes especials utilitzades en Flash tenen fuites de càrrega (electrons) que poden provocar la pèrdua de dades en el temps. La resistivitat dels elements de memòria PCM la fan més estable i la capaciten per a contenir informació durant períodes de fins a una dècada, fins i tot en temperatures elevades [2] (el cas pitjor). La PRAM també resisteix millor la pèrdua provocada per radiació, el que la fa més viable per a usos militars i aeroespacials. BAE Systems l'ha utilitzat com a C-RAM anunciant cicles d'escriptura de 10 8 , el que podria convertirna en competidora de PROM i EEPROM en aquest camp.
De moment, les PRAM fabricades emmagatzemen un bit per cel·la (les Flash poden modular la càrrega emmagatzemada en una cel·la per emmagatzemar diversos bits, típicament dos).
Poden utilitzar diversos elements diferents per seleccionar cel·les en una PRAM: díodes, BJT i MOSFET entre d'altres. El díode proporciona la major corrent de tots aquests, encara que existeix el problema de la inducció de corrents paràsites en cel·les confrontants, així com majors necessitats energètiques. La resistència del calcógeno ha de ser necessàriament més gran que la del díode, de manera que el voltatge operatiu ha d'estar bastant per sobre d'1 V. Possiblement el major inconvenient a una matriu grans de díodes és el corrent de fuga inversa produïda per les línies de bit no seleccionades. Per contra, si s'utilitzen transistors, només les línies seleccionades contribueixen a aquest corrent, de manera que la diferència total és de diversos ordres de magnitud. El escalat per sota dels 40 ns planteja el problema del dopatge discret per la disminució en l'amplada de la unió PN.
2000 i més enllà
[modifica]Nanochip llicenciar tecnologia basada en PRAM per al seu ús en MEMS a l'agost de 2004. Aquests no són dispositius d'estat sòlid, en el seu lloc, s'utilitza un petit plat recobert amb calcógeno que pot utilitzar mitjançant de moltes sondes elèctriques (milers o fins i tot milions) per la seva lectura i escriptura. La tecnologia micro-moure d'HP pot realitzar posicionament amb una precisió de 3 nm aconseguint densitats de més d'un Terabit per polzada quadrada si es perfecciona la tecnologia. La idea és reduir el cablejat necessari en el propi xip, ajuntant les cel·les i evitant el cablejat individual en fer que les sondes actuïn com cables.
Al setembre de 2006 Samsung va anunciar un dispositiu de 256 Mb que utilitzava díodes. [3] Particularment destacable va ser la densitat d'emmagatzematge aconseguida: tot i la capacitat relativament reduïda comparada amb la d'altres competidors, la seva densitat era molt més gran a la típica. Aquest fet suggereix que pugui competir en el mercat amb Flash en comptes de limitar-se a usos molt especialitzat. Això és particularment cert en el cas de la memòria Flash basada en NOR, que permet adreçament a nivell de bit (d'accessos en blocs de bytes en NAND). NOR sembla tenir una densitat comparable a la d'PRAM.
El prototip presenta un nucli de 46,7 nm, que és millor que qualsevol de les Flash RAM en el mercat. Encara que Flash RAM ja té temps al mercat i una major capacitat (amb mòduls de 8 Gb sortint al mercat), es preveu que PRAM serà un veritable competidor en aquest sentit, ja que té una densitat molt més gran i en un futur s'esperen capacitats enormes .
En el Inter Developer Forum de 2006 es van realitzar demostracions dels seus respectius dispositius per part d'Intel i STMicroelectronics [4] amb una capacitat de 128 Mb, que encara que en fase de prova de concepte es va indicar podrien passar a proves en qüestió de mesos i passar a la seva comercialització en pocs anys. Intel ja és el principal productor de memòries Flash NOR i sembla tenir els mateixos plans que Samsung per PCM.
Compromís fonamental: canvis de fase espuris
[modifica]La memòria de canvi de fase és susceptible a un compromís bàsic entre canvis de fase intencionats i no intencionats: això és així perquè aquest canvi és un procés tèrmic més que electrònic, per tant, les condicions de cristal·lització ràpida no poden ser les mateixes que les d'emmagatzematge (temperatura ambient típicament), ja que altrament la permanència de les dades no es pot garantir. Això no obstant, una temperatura de cristal·lització major comporta una major corrent i menys escalabilitat.
Cronologia
[modifica]- Setembre de 1966 : Stanford Ovshinsky realitza la primera petició de patent sobre canvi de fase.
- Juny de 1969 : Ovshinsky obté la US Patent 3.448.302 amb la primera operació fiable anunciada.
- Setembre de 1970 : Gordon Moore publica un article en Electronics Magazine .
- Juny de 1999 : Es forma Ovonyx per a la comercialització de la tecnologia.
- Novembre de 1999 : Lockheed Martin treballa amb Ovonyx per l'aplicació a la indústria aeroespacial.
- Febrer de 2000 : Intel llicència la tecnologia i inverteix en Ovonyx.
- Desembre de 2000 : ST Microelectronics llicència la tecnologia.
- Març de 2002 : Macronix realitza una sol·licitud de patent sobre PRAM sense transistors.
- Juliol de 2003 : Samsung inicia el seu treball amb PRAM.
- 2003-2005 : Solicitides de patents per Toshiba, Hitachi, Macronix, Renesas, Elpida, Sony, Matsushita, Mitsubishi, Infineon i altres.
- Agost de 2004 : Nanochip llicència la tecnologia de Ovonyx per al seu ús en MEMS. Samsung anuncia un array operatiu de 64 Mb
- Febrer de 2005 : Elpida llicència la tecnologia de Ovonyx.
- Setembre de 2005 : Samsung anuncia un dispositiu operatiu de 256 Mb juntament amb corrents de programació de 400μA.
- Octubre de 2005 : Intel augmenta la seva inversió en Ovonyx.
- Desembre de 2005 : Hitachi i Renesas anuncien PRAM a 1,5 B amb programació a 100μA. Samsung llicència la tecnologia de Ovonyx.
- Juliol de 2006 : BAE Systems (abans Lockheed Martin) presenta un xip resistent a radiació de 512Kx8.
- Setembre de 2006 : Samsung anuncia un dispositiu de 512 Mb
- Octubre de 2006 : Intel i STMicroelectronics demostren el funcionament d'un xip de 128 Mb
- Desembre de 2006 : IBM Research Labs presenta un prototip de 3x20 nm. [5]
- Gener de 2007 : Qimonda llicència la tecnologia deOvonyx.
- Abril de 2007 : Justin Rattner, CTO d'Intel, realitza la primera mostra pública de la tecnologia PRAM de la seva companyia. [6]
Referències
[modifica]- ↑ Segons = news & op = news_show_single & ide = 389 Latinforo.net, PRAM és 30 vegades més ràpid que el RAM més ràpid
- ↑ 2,0 2,1 aspx? newsid = 6371 Intel to Sample Phase Change Memory This Year
- ↑ SAMSUNG Introdueixes the Next Generation of Nonvolatile Memory - PRAM
- ↑ 1895,2021822,00. Asp Intel Previews Potential Replacement for Flash
- ↑ Phase Change to Replace Flash?
- ↑ . cfm? newsid = 8552 Techworld.com - Intel sets for first public demo of PRAM