Версия для слабовидящих
Итоги-2013: новые типы компьютерной памяти и устройства хранения данных Печать Email
Новости науки
30.12.2013
Помимо процессоров, развитие которых мы обсуждали вчера, любому компьютерному устройству требуется память. Попытаемся вспомнить наиболее значимые открытия и разработки в этой области, которые в дальнейшем могут оказать решающее влияние на развитие ИТ-отрасли.

Память с изменяемым фазовым состоянием

Существует несколько многообещающих технологий изготовления энергонезависимой памяти с произвольным доступом, которая в перспективе должна стать альтернативой широко распространённой флеш-памяти NAND. Вот одна из них — память с изменяемым фазовым состоянием, или PCM (PRAM).

Коротко напомним принцип работы PCM. Он основан на свойстве материала (халькогенидных полупроводников) находиться в двух стабильных фазовых состояниях. В одной из этих фаз вещество носителя представляет собой непроводящий аморфный материал, а в другой — кристаллический проводник. При изменении состояния происходит переключение между логическим нулём и единицей.

Прототип чипа памяти с изменяемым фазовым состоянием (иллюстрация Samsung).


В теории PCM-память обеспечивает значительно более высокое быстродействие по сравнению с NAND. Но пока есть сложности, связанные, в частности, с относительно большим энергопотреблением. В уходящем году предложено сразу два способа решения проблемы.

Первый заключается в изменении состава халькогенидного полупроводника для уменьшения силы тока и напряжения питания. Второй способ учитывает особенности фазового перехода для реализации особой схемы кодирования данных в микрочипах РСМ: за счёт минимизации перемещений битов данных можно снизить потребление энергии.

Увы, несмотря на очевидный прогресс в этой области, вряд ли стоит рассчитывать на то, что память PCM станет массовой ранее конца десятилетия.

Резистивная память

Гораздо ближе к реальности энергонезависимая резистивная память с произвольным доступом — RRAM (ReRAM). Коммерческие продукты на её основе могут появиться уже в 2015-м, а благодарить за это нужно калифорнийскую компанию Crossbar.

Принцип работы RRAM таков: диэлектрики, которые в нормальном состоянии имеют очень высокое сопротивление, после приложения достаточно большого напряжения могут сформировать внутри себя проводящие нити низкого сопротивления и, по сути, превратиться в проводник. То есть материал фактически является управляемым постоянным резистором с двумя или более переключаемыми уровнями сопротивления.

Так вот, разработанная специалистами Crossbar технология позволяет создавать чипы RRAM, обладающие по сравнению с NAND в 20 раз более высокой скоростью записи, в 20 раз меньшим энергопотреблением и десятикратно большей долговечностью. Плюс к тому новая память вдвое компактнее: при площади изделия в 200 мм² ёмкость может достигать 1 Тб.

Преимущества памяти RRAM (изображение Crossbar).


Дальнейший путь к улучшению характеристик RRAM — формирование трёхмерной структуры. Здесь может пригодиться достижение исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде (США). Они предлагают применять в качестве выбирающих элементов «самоорганизующиеся наноостровки оксида цинка на кремниевой подложке». Это позволит отказаться от использования диодов для соединения ячеек памяти с линиями данных в кристалле.

Память RRAM подходит для использования в персональных компьютерах, карманных медиаплеерах, видеокамерах, смартфонах, планшетах, внешних накопителях, серверах и пр.

Магниторезистивная память

Уходящий год ознаменовался появлением первых коммерческих накопителей, в которых применяется магниторезистивная память с произвольным доступом (MRAM). Речь идёт о твердотельных дисках Buffalo SS6 Industrial SSD, в которых чип ST-MRAM производства Everspin применяется в качестве кеша.

MRAM представляет собой память, хранящую информацию при помощи магнитных моментов, а не электрических зарядов. В отличие от флеш-памяти, характеристики MRAM не ухудшаются за время эксплуатации. Такие микросхемы обладают небольшим временем доступа и обеспечивают высокую скорость передачи данных.

Чип MRAM-памяти Everspin (изображение производителя).


В накопителях Buffalo задействована технология переключения с помощью переноса спина (Spin-Torque, ST). Эта методика призвана решить проблемы, с которыми «классическая» технология MRAM будет сталкиваться при увеличении плотности размещения ячеек памяти и повышении тока записи.

Флеш-память

Но, несмотря на развитие новых технологий, доминирующим типом энергонезависимой памяти в обозримом будущем останется широко распространённая NAND-флеш. К тому же тут всё неустанно прогрессирует: компания Samsung в августе сообщила о начале производства первой в отрасли трёхмерной флеш-памяти 3D Vertical NAND, или V-NAND.

Технология 3D Vertical NAND предусматривает компоновку кристаллов флеш-памяти по вертикали: это позволяет получить объёмную структуру микрочипа — а значит, серьёзно увеличить количество хранимой информации на единицу площади.

3D Vertical NAND (фото Samsung).


По сравнению с обычной флеш-памятью изделия 3D Vertical NAND обеспечивают повышение скорости записи в два раза. Надёжность хранения данных при этом улучшена в 2–10 раз за счёт использования методики 3D Charge Trap Flash (память с ловушкой заряда), которая значительно уменьшает уровень электромагнитного шума в кристалле при передаче данных.

Появление 3D Vertical NAND особенно важно в свете постоянно растущего спроса на твердотельные накопители для персональных компьютеров, серверов и мобильных устройств вроде планшетов. Благодаря трёхмерной структуре становится возможным выпуск накопителей вместимостью до 1 Тб и более.

Жёсткие диски

Но если в мобильном секторе накопители на флеш-памяти фактически являются безальтернативным вариантом хранения данных, то в сегменте персональных компьютеров и серверов пока более востребованы традиционные винчестеры. Их производители также не останавливаются на достигнутом.

Так, компания HGST, подразделение Western Digital, недавно представила первые в отрасли винчестеры с герметичным блоком, заполненным гелием. Этот газ обладает в семь раз меньшей плотностью по сравнению с воздухом, за счёт чего снижается сила сопротивления, действующая на вращающиеся пластины, и уменьшаются поперечные силы. В то же время хорошая теплопроводность гелия позволяет снизить нагрев дисков и улучшить акустические показатели. В результате повышается плотность компоновки компонентов: при стандартной толщине новые диски насчитывают семь пластин суммарной вместимостью 6 Тб. Это абсолютный рекорд ёмкости винчестеров на сегодняшний день.

Впрочем, уже к концу десятилетия диски на 6 Тб могут стать пережитком прошлого. Дело в том, что Western Digital, а также Seagate всё ближе к выводу на рынок технологии магнитной записи с помощью нагрева (HAMR). Её суть сводится к тому, что поверхность пластины в области записи нагревается лазерным лучом. Это позволяет в несколько раз увеличить плотность хранения данных — а следовательно, повысить объём носителя. Важно и то, что нагрев необходим только в момент сохранения информации; считывание осуществляется при обычных температурах. Seagate полагает, что уже к концу десятилетия могут появиться винчестеры с HAMR-технологией, способные хранить до 20 Тб данных. Плотность же записи информации может достичь 50 Тбит на квадратный дюйм.

Изображение Seagate.


Кстати, Seagate предложила новую модель хранения данных, названную Kinetic Open Storage. Она позволяет в значительной мере устранить недостатки традиционных центров обработки данных, унаследованные архитектуры которых недостаточно адаптированы к распределённым и оптимизированным по ёмкости рабочим нагрузкам в условиях резкого роста объёмов неструктурированных данных и приложений. Платформа Kinetic Open Storage включает новый класс накопителей с Ethernet-интерфейсом для хранения данных на уровне пар «ключ — значение» в сочетании со средствами разработки, включающими открытый программный интерфейс и соответствующие библиотеки. Она проектировалась для обеспечения простейшей семантической абстракции и максимально эффективного внедрения инновационных решений. В среде Kinetic Open Storage приложения сразу находят запоминающие устройства и максимально используют возможности систем хранения данных: программам не приходится использовать операционную систему и драйверы; вместо этого они отсылают простые запросы вида «получить», «разместить» и «удалить» (get, put и delete) напрямую накопителю. В целом новая платформа избавляет от значительного количества дисковых операций ввода-вывода, при которых не происходит фактическое перемещение данных, а скорее выполняются служебные операции, связанные с обработкой метаданных и запросами файловой системы. При этом функция дезагрегирования систем хранения и вычислительных мощностей архитектуры Kinetic Open Storage позволяет операторам облачных центров обработки данных с лёгкостью расширять систему хранения по мере необходимости.

В 2013-м продолжился выпуск гибридных накопителей, в которых традиционный жёсткий диск совмещён с чипом флеш-памяти. Такая конфигурация позволяет значительно повысить быстродействие при относительно небольшом увеличении цены.

Оперативная память

В уходящем году многие производители начали пробный выпуск модулей оперативной памяти следующего поколения DDR4, которая представляет собой эволюционное развитие предыдущих поколений DDR. Память нового типа отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением питания.

Иллюстрация Crucial.


Поначалу изделия DDR4 обеспечат скорость от 1,6 до 2,4 млрд пересылок в секунду (gigatransfers per second); в перспективе этот показатель вырастет до 3,2 млрд и более. Напряжение питания составляет 1,2 В против 1,5 В у DDR3. В серверах класса high-end модули нового типа могут появиться во второй половине нового года, а вот в персональные компьютеры и планшеты они начнут устанавливаться не ранее 2015-го.

Источник - http://compulenta.computerra.ru/tehnika/computers/10010719/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта