PCRAM

PCRAM (phase-change random access memory – оперативна памет с промяна на фазовите състояния) е технология, подобна на тези, които се използват за презапис в оптичните дискове. Информацията се съхранява в атомни структури на материали, имащи две възможни фазови състояния – аморфно, сходно със стъклото с неподредени атоми, и кристално. В последния случай материалът е електропроводящ, докато в аморфно състояние той е изолатор. Подобен материал в PCRAM се намира между два електрода и за превключване между фазите е необходим лазерен импулс или електрически ток, за да се разтопи веществото. Продължителното въздействие води до формиране на кристална решетка, а при кратък импулс материалът се охлажда до аморфна фаза.

Недостатъкът на технологията се състои в необходимостта от енергия за нагряване на елементите на паметта до няколко стотин градуса, за което отива значително количество енергия, макар с намаляването на устройствата с PCRAM, намалява и консумираната мощност. Затова пък плътността на елементите на паметта е много висока – само няколко атома са нужни за създаване на клетка, способна да променя състоянието си от аморфно в кристално. Специалистите считат, че 5 nm е реално значение – 10 пъти по-малко отколкото при флаш паметта. Нещо повече, времето за превключване на PCRAM може да достига 1 ns. Но с намаляване на този параметър, стабилността на състоянието на материала намалява, затова засега скоростта на превключване е 10-100 пъти по-ниска от теоретичната. Задачата на инженерите днес е да постигнат оптимално съотношение скорост/стабилност. Неотдавна Samsung представи чип PCRAM с капацитет 512 МВ.

RRAM

RRAM (resistive random access memory – резистивна памет с произволен достъп) по плътност на елементите за съхраняване на битове, е сравнима с PCRAM. Само, че вместо промяна на фазово състояние под въздействието на топлина, тук се използва химична реакция. В качеството на материал за резистивната памет се използва непроводящ оксид. Когато към кристала се приложи високо напрежение, кислородните атоми започват да се разрушават. Кислородът остава след себе си „дупки“ и свободни електрони, способни да станат носители на заряди. „дупките“ се стремят да формират тесни редици или електропроводящи канали в диелектрика. Тези преходи създават устойчиви състояния на паметта, които се променят само под въздействието на високи значения на напрежение с определена полярност.

RRAM е бързодействаща технология с ниска консумация на енергия. По думите на Стен Уилямс от Hewlett-Packard Laboratories в Пало Алто, Калифорния, превключването на състоянията става за няколко наносекунди, а нужната енергия е много малка. Мащабът на битовете също е впечатляващ – до един нанометър. Впрочем, и тук съществува проблемът със стабилността. Ако бит с високо съпротивление е разположен зад такъв с ниско, тогава електрическият ток може да „засегне“ съседния участък и да промени неговото състояние. В момента Hewlett-Packard и други компании се опитват да преодолеят това препятствие.

RRAM може не само да съхранява информация. През 2008 г. Уилямс откри, че устройство на базата на резистивна памет има характеристиките на мемристор – теоретически четвъртият основен елемент на електрическата верига след резистора, кондензатора и индуктивността. Мемристорът се различава от обикновения резистор по способността да приема различни значения на съпротивлението в зависимост от заряда, който е минал през него. Това прави компонента модел на аналогова изчислителна единица на човешкия мозък, но с една уговорка – работи значително по-бързо от истински синапс и със значително по-малко енергия.

Racetrack memory

Повечето пътища към „суперпаметта“ водят през манипулирането на атомите и техните свойства в нанометров мащаб. Но някои учени вярват, че трябва да се обърне внимание на конструкцията на паметта. Например, триизмерната архитектура позволява да се направи нов пробив. В Racetrack паметта битовете се съхраняват във вид на миниатюрни магнитни домени, почти както е при твърдите дискове. Разликата е в това, че тези елементи на паметта не са монолитни блокове, а се държат като мъниста на магнитен нанопроводник.

Електрическият ток премества домените, преминаващи през четящите и записващите глави. Скоростта на процеса достига 200 метра в секунда, което е еквивалентно на време за четене от десетки наносекунди. Това е сравнимо със сегашните видове памет, но преимуществото на Racetrack memory е в капацитета. Плосък проводник с микрометрови размери може да съхранява данни с не по-малка плътност, отколкото флаш паметта. Истинският потенциал се крие в промяната на конфигурацията на нанопроводниците от двумерна на триизмерна, когато Racetrack memory може да съхранява стотици пъти повече битове в сравнение с флаш памет със същата площ. Но подобни прототипи все още няма.