V dnešní době se můžeme potkat s celou řadou různých pamětí – od pamětí DRAM (Dynamic Random Access Memory), uchovávajících data v podobě elektrického náboje v kondenzátoru, až po všudypřítomné elektricky programovatelné flash paměti. V posledních několika letech si pozornost výrobců elektroniky získaly paměti PCM (Phase-change memory), které jsou založeny na unikátních vlastnostech chalkogenidových skel, amorfních polovodičů obsahujících jeden z trojice prvků: síra (S), selen (Se) a Telur (Te). V pamětech PCM jde o změny fáze materiálu mezi amorfní fází a krystalickou fází, které se navzájem liší nejen vnitřní strukturou, ale i elektrickou vodivostí.
PCM paměti mají slušný potenciál stát se univerzální technologií pro výrobu pamětí. Jsou dobře přístupné rychlému čtení i zápisu. Také jsou napěťově nezávislé, čili nevolatilní – k uchování informace nepotřebují napájení. A velmi dobře snášejí zápis – vydrží nejméně 10 milionů cyklů zápisu, zatímco průměrný flashdisk ustojí nějakých 3 tisíce cyklů.
Právě na paměti typu PCM založili vědci výzkumné divize IBM Research svoji novou technologii. Povedlo se jim vyrobit paměť schopnou spolehlivě uchovávat 3 bity dat na jednu paměťovou buňku. Podle všeho je to zásadní průlom, který by mohl otevřít dveře datově náročným aplikacím mobilních zařízení nebo Internetu věcí.
V IBM i v jiných institucích už dříve úspěšně předvedli, jak lze uchovat 1 bit informace na jednu paměťovou buňku paměti PCM. Před pár dny ale na pařížské akci IEEE International Memory Workshop ukázali, jak dovedou na jednu paměťovou buňku uchovat 3 bity informace. Povedlo se jim to v souboru paměťových buněk za vyšších teplot a po 1 milionu cyklů zápisu.
Podle člena výzkumného týmu Harise Pozidise z IBM Research – Zurich představují paměti PCM první příklad univerzální paměti, která úspěšně spojuje vlastnosti DRAM pamětí a flash pamětí. Mohly by proto najít široké uplatnění u výrobců elektroniky. Dosažení 3 bitů na paměťovou buňku je pro Pozidise doopravdy zásadní, protože s takovou hustotou uložení dat budou paměti PCM významně levnější než paměti DRAM a svou cenou se budou blížit flash pamětím.
Vědci IBM předpovídají, že se paměti PCM uplatní samy o sobě, a pak také v hybridních zařízeních, které budou obsahovat flash paměti a paměti PCM zároveň, přičemž PCM paměti sehrají roli extrémně rychlých vyrovnávacích pamětí. Mohlo by to fungovat tak, že v paměti PCM bude uložený celý operační systém chytrého telefonu, který se díky tomu spustí v mžiknutí oka. V paměti PCM by mohly být i celé rozsáhlé databáze, což by významně urychlilo časově náročné online aplikace, jako jsou například komplikované finanční transakce.
Video: IBM Scientists Achieve Storage Memory BreakthroughLiteratura
IBM Research 17. 5. 2016, Wikipedia (Phase-change memory, Chalcogenide glass)
Neurosynaptický čip inspirovanou mozkovou kůrou
Autor: Stanislav Mihulka (09.08.2014)
Elektronický obvod Darpy zvládl 1 bilion cyklů za sekundu
Autor: Stanislav Mihulka (03.11.2014)
Vývojáři předvedli první mikročip, který ultrarychle komunikuje světlem
Autor: Stanislav Mihulka (24.12.2015)
Diskuze:
Nepřesnosti až nepravdivosti
Lukáš Fireš,2016-05-26 00:45:42
1. Popsané vlastnosti už dávno splňuje FRAM, což je tuším fero-magnetická paměť, tedy jakási magnetická past, kterou lze modifikovat stejně rychle jako RAM (kondenzátorová - založená na elektrickém náboji, nikoliv na magnetickém poli jako FRAM - mezi elektrickým a magnetickým polem je sice vazba, ale je rozdíl mezi elektrickým nábojem a orientací magnetického pole) a zároveň je schopná udržet si stav i 10 let bez napájení, což je vlastnost (EEP)ROM a FLASH. Počet modifikací je tak enormní až zanedbatelný stejně jako u RAM (a DRAM, SRAM apod.). Je však velmi drahá, takže se moc nepoužívá (ve firmě jsme používali RTC s FRAM 2kB a 8kB a to před 8mi lety, v polovině roku 2008).
2. Počet přepisů s retencí nad 10 let pro FLASH je 1 milion (NAND FLASH snad dokonce 10 milionů, jak je avizovano pro PCM, potíž s NAND FLASH je však v poruchovosti a proto se používají korekční EEC kódy a rendundance), retence (tedy garantovaná životnost ... nad 10 let při daném počtu zápisů) pro EEPROM (starší systém) je 100 000 zápisů na stránku (typicky 256 bajtů). Údaj v článku o 3000 zápisech pro FLASH je prostě blbost. Moderní FLASH-DISK používají JFFS a podobné systémy, takže pokud nezaplníte svou flasku nad 90%, tak je nezničitelná i při častých zápisech (JFFS rozprostře zápisy po celé pamětí tak, že nejprve připisuje do volného místa a když to dojde, tak udělá GC = Garbage Collection, tedy úklid, kdy vymaže volné místo a vše přesune - to je jediný počítaný mazací cyklus na stránku a pokud máte hodně volného místa, tak k němu dochází jen zřídka).
Re: Nepřesnosti až nepravdivosti
Marcel Brokát,2016-05-26 05:16:04
ad 1) Škoda, že ještě nevíte, že výrobní cena je stejně důležitým parametrem jako technické vlastnosti
ad 2) jestli je to 3000 nebo 1000000 je v případě flash úplně jedno. Jejich nespolehlivost je tak významná že se nedají na skutečně stabilní systémové aplikace použít
Re: Re: Nepřesnosti až nepravdivosti
Lukáš Fireš,2016-05-26 09:40:37
ad 1) Škoda, že jste se nenaučil číst a chápat kontext :(
ad 2) NOR jsou spolehlivé ale dražší, NAND se doplňují o ECC aby dosáhly stejné spolehlivosti při nižší ceně. V dnešních MCU se používají běžně, tedy v systémových aplikacích, takže trvdíte blbost. Pro příklad dva jednočipy od Atmelu: AT91SAM7 (starší ARM7 - NOR) a SAM4 (novější Cortex-M - NAND s ECC = Error Correction Code).
Re: Nepřesnosti až nepravdivosti
Miroslav Mácha,2016-05-26 14:26:44
FRAM je Ferroelektrická paměť. Jedná se o změnu velikosti kapacity kondenzátoru způsobenou elektrickým napětím. Toto je vedlejší efekt u keramických kondenzátorů. Myslím, že v současné době jsou vyrábeny firmami Fujitsu, Cypress a Texas Instruments. více zde http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=slat151&fileType=pdf
Jinak Flash jsou NOR a NAND.
NOR - od 1000 do 100 000 cyklů (záleží na implementaci), relativně malé mazací bloky od 256B do 64kB. Vybavovací rychlost (doba mezi zadání adresy po obdržení dat) od 40 do 70ns. Většina výrobců MCU (mikrořadičů) používá technologii pamětí od SST - http://sst.com/technology/SuperFlash-Overview
NAND - SLC, MLC, TLC - SLC - 1 bit na jeden kondenzátor ve struktůře - jedná o ostrůvek s nábojem v moři nevodivého křemíku. Z NAND pamětí nejspolehlivější (3000 cyklů). DElší vybavovací doba než u NOR, ale pracuje se s velkým objemem. MLC - 2 bity na jeden kondenzátor (lepší využití křemíku) a menší spolehlivost. TLC - 3 bity na jeden kondenzátor (nejlevnější) rozsah pracovních teplot jen od 0 do 70°C.
Více třeba zde https://www.micron.com/products/nand-flash ta samá firma byla nejblíže k uvedení pamětí PCM na trh.
EEPROM - minimální počet cyklu 1 000 000 (při teplotách od -40°C do 85°C), obvykle se nastavují po jednotlivý bajtech. Pro uložení každého bitu se používají dva tranzistory. Vyrábí se trochu jinou technologií než Flash.
MRAM nejnovější komerčně používaná technologie pamětí. Výrobce je Everspin.
Důležité je u nové technologie paměti, aby přinesla nějakou novou vlastnost, kterou ani jedna ze současných nemá.
Re: Re: Nepřesnosti až nepravdivosti
Alexandr Kostka,2016-05-27 12:55:58
Záleží spíš na poměru cena/výkon. Patrně jste si všiml, že z relativně nespolehlivých (a příšerně drahých) MLC flashek se již nějakou dobu dělají SSD disky. Původně problémové a ne úplně spolehlivé (a směšné velikosti a drahé), dnes již dost spolehlivé, obecně bezproblémové (maximálně vydají nový firmware) a hlavně dost levné. Kdo dnes nemá jako systémový disk malé SSD, a klasický magnetický jen na data? A proč se tato technologie prosadila? Protože s ní PC nastartuje do dvaceti vteřin..
Re: Re: Nepřesnosti až nepravdivosti
Lukáš Fireš,2016-05-27 16:15:49
Děkuji, pak se autorovi článku omlouvám, s NAND FLASH je to koukám horší, než jsem tušil (k mému vlastnímu překvapení jsem v manuálu pro SAM4 s NAND vůbec nenašel údaj o počtu write/erase cyklů, asi se tím vážně nechtějí chlubit).
Pro uchování dat stále používáme EEPROM a NOR FLASH (obojí snese nejméně 100 000 cyklů, což jsem použil při odhadu výdrže pro vybraný file system). FRAM je specialitka, co se hodila pro zálohování nejkritičtějších běhových dat (uchování stavu i přes reset / výpadek napájení). Tak pokud PCM dokáže totéž a levněji, tak sem s ní :)
Re: Re: Re: Nepřesnosti až nepravdivosti
Kája Dolejší,2016-05-27 21:58:06
Asi to s tím tolik nesouvisí, ale přišlo mi to taky tajímavé:
http://www.svethardware.cz/jak-dlouho-vase-ssd-udrzi-data-zalezi-na-teplote/40444
http://www.svethardware.cz/recenze-ocz-vector-150-v-testu-vydrze-jej-umucime-k-smrti/40050
Re: Re: Nepřesnosti až nepravdivosti
Lukáš Fireš,2016-05-27 17:07:49
Ještě jeden odkaz: http://vyvoj.hw.cz/soucastky/mram-beznapetove-pameti-s-vlastnostmi-sram.html
To co jsem popisoval jako FRAM je evidetně MRAM, kterou jsem ale nikdy neměl v ruce, za to FRAM ano.
"Stav bitu ukládají pomocí změny orientace magnetického pole speciální paralelní struktury feromagnetického a dielektrického materiálu, kde čtení se provádí měřením příčného elektrického odporu struktury. Odpor se mění díky jevu magnetorezistence podle uložené orientace magnetického pole při zápisu bitu."
Hezké. Ale co je to platné, když ...
Jaroslav Mrázek,2016-05-25 12:06:54
...si lidstvo samo stále není schopno zapamatovat své vlastní fatální chyby a pořád dokola je opakuje, až do sebezničení ... !
Re: Hezké. Ale co je to platné, když ...
Petr Kr,2016-05-25 14:01:42
A nepomohla by lepší a spolehlivější permanentní paměť?
Re: Hezké. Ale co je to platné, když ...
Marcel Brokát,2016-05-25 16:21:54
.... taky jsem si to myslel. Ale tato úvaha má chybu v logice. Vy i já (dříve) předpokládáte, že se lidstvo zničit nechce, že lidi chtějí nějaké vize, zářivou budoucnost, pracovat na zlepšování nebo tak něco.
Re: Re: Hezké. Ale co je to platné, když ...
Pavel S,2016-05-25 20:48:50
To máte tak, ti propagátoři různých vizí a zářivých budoucností, kteří hodlali lidstvo ,ať to stojí co to stojí (vždy někoho jiného), zlepšovat, lidstvo ke zničení přiblížili nejvíce. A i když se jim to dosud nepodařilo, tak škody napáchané při tom "zlepšování" jsou obrovské. Mimochodem, právě ty pokusy o zářivé budoucnosti a zlepšování, jsou tou nejčastěji opakovanou chybou, kterou si zvláště někteří jedinci nejsou s to stále zapamatovat.
porovnání typů pamětí - obrázky
Pája Vašků,2016-05-25 09:08:48
http://images.dailytech.com/nimage/Comparison_of_Memory_Tech_2011_Wide.png
http://thefutureofthings.com/upload/image/articles/2006/mram/mram-comparison-table.jpg
http://image.slidesharecdn.com/yoleemergingnonvolatilememoriesfebruary2013sample-130311061642-phpapp02/95/emerging-nonvolatile-memory-market-and-technology-trends-2013-report-by-yole-developpement-8-638.jpg
http://www.semitracks.com/blog/april/04-01-11-image-4.png
http://zdnet2.cbsistatic.com/hub/i/2014/12/29/8b50c396-446f-4c34-b2ff-d4786861fd4d/4e9ebb33b9b18bdbfa36a74309930f2b/memristor-table.jpg
Re: porovnání typů pamětí - obrázky
Lukáš Fireš,2016-05-26 01:25:28
Co v té první tabulce znamená Erase=No? RAM tam má též No (Ne, Erase = mazání). To jaksi nedává smysl. Erase = mazání = nastavit všechny bity stejně (buď 0, bežné pro RAM, nebo 1, běžné pro FLASH/EEPROM/FRAM).
Bohužel v tom není FRAM. Dokonalá, leč drahá paměť s výhodami RAM i FLASH.
V druhé tabulce je FeRam, to odpovídá FRAM (i podle vlastností). SRAM se používá v MCU (jedjočípech, miniaturních počítačích, malách zařízeních - s tím mám velké zkušenosti). MRAM podle toho vypadá jako lepší varianta FRAM (nízko-spotřebová). Třetí tabulka už to tak úplně nevidí, ale stále FRAM a MRAM na prvním místě. Jen v tom není cena výroby. Další tvrdí, že je MRAM rychlejší, ale chce více napětí (a tedy více spotřebuje). Poslední upřednostňuje Memristor, což neznám (je to MRAM?).
Každopádně díky, FRAM a MRAM vyhrávají .... tedy krom ceny, ta se nezmiňuje ... a to je ten problém. SRAM/DRAM s dobrou zálohou je totiž v důsledku nejlepší, pokud nevyžadujeme výdrž bez napájení v letech.
Re: Re: porovnání typů pamětí - obrázky
Pája Vašků,2016-05-26 10:56:46
"erase" chápu tak, že se musí před vlastním zápisem nové hodnoty extra zvlášť tedy aktivně smazat a poté teprve lze zapsat novou hodnotu. Což známe u SSD (nandflash) jako funkci trim.
Re: Re: porovnání typů pamětí - obrázky
Pája Vašků,2016-05-26 11:16:29
MRAM je Magnetoresistive random-access memory (MRAM), je to nco jiného nšž memristory (od HP). http://3.bp.blogspot.com/_VyTCyizqrHs/TBAQsfq_tyI/AAAAAAAAH5I/hhhlSSEQwjc/s1600/mcam2.jpg
Re: Re: Re: porovnání typů pamětí - obrázky
Lukáš Fireš,2016-05-26 12:52:40
Díky. MRAM je tedy o něco rychlejší než FRAM, ale zato potřebuje mnohem více energie pro zápis (write energy 1.5e5 = 150 000 = 1.5 x 10^5 oproti 30ti pro FRAM, fakt hodně, zajímavé je že PCRAM chce 6000 = 6e3 = 6 x 10^3). Takže MRAM je více jako FLASH (vhodná spíše pro čtení) a FRAM více jako RAM (vhodná pro rychlý zápis).
A Erase:No je v té tabulce výhoda, protože to značí "Nepotřebuje před-mazat". To dává smysl, RAM ani FRAM to nepotřebují.
Memristor tam má "early stage", tedy ve vývoji (raná fáze). Mature = plnoletý (dokončeno, používáno, není co vylepšit). Advanced = pokročilý, tady nevím jak to vztahnout oproti Mature, ale asi je to nižší (hotovo, používáno, ale je co vylepšovat). FeRAM/MRAM: product (vyráběno, produkováno) značí asi že se to sice používá ale scalable:poor bude, že to není vhodné pro velké kapacity (ano, FRAM je drahá).
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
