Види пам'яті, що витісняють статичну пам'ять

PRAM пам'ять

Голографічна пам'ять

• Широкі перспективи в цьому плані відкриває технологія оптичного запису, відома як голографія: вона дозволяє забезпечити дуже високу щільність запису при збереженні максимальної швидкості доступу до даних. Це досягається за рахунок того, що галографічний образ (голограма) кодується в один великий блок даних, що записується усього за одне звертання. А коли відбувається читання, цей блок цілком витягається з пам'яті. Для читання чи запису блоків галографічно збережених на світлочутливому матеріалі (за основний матеріал прийнятий ніобат літію, LiNbO3) даних ("сторінок") використовуються лазери. А якщо врахувати, що така запам'ятовуюча система не має рухомих частин, і доступ до сторінок даних здійснюється паралельно, можна очікувати, що пристрій буде характеризуватися щільністю в 1GB/sm3 і навіть вище.

Голографічна пам'ять

• програма PRISM (Photorefractive Information Storage Material), метою якої є пошук придатних світлочутливих матеріалів для збереження голограм і дослідження їх запам'ятовуючих властивостей. Друга науково-дослідницька програма - HDSS (Holographic Data Storage System). На початковому етапі в цьому пристрої відбувається поділ лучачи синьо-зеленого аргонового лазера на два складові - опорний і предметний промені (останній є носієм самих даних). Предметний промінь піддається расфокусировке, щоб він міг цілком висвітлювати просторовий світловий модулятор (SLM - Spatial Light Modulator), який представляє собою просто рідкокристалічну (LCD) панель, на якій сторінка даних відображається у виді матриці, що складає зі світлих і темних пікселів (двійкові дані) .

• Обидва промені направляються усередину світлочутливого кристала, де і відбувається їхня взаємодія. У результаті цієї взаємодії утвориться інтерференційна картина, яка і є основою голограми і запам'ятовується у виді набору варіацій показника чи переломлення коефіцієнта відображення усередині цього кристала. При читанні даних кристал висвітлюється опорним променем, що, взаємодіючи зі збереженої в кристалі інтерференційної картиною, відтворює записану сторінку у вигляді

• образа "шахівниці" зі світлих і темних пікселів (голограма перетворить опорну хвилю в копію предметної). Потім цей образ направляється в матричний детектор, основою для який служить прилад із зарядовим зв'язком (CCD - Charge-Coupled Device чи ПЗС), що захоплює всю сторінку даних. При читанні даних опорний промінь повинний падати на кристал під тим же самим кутом, при якому вироблявся запис цих даних, і допускається зміна цього кута не більше ніж на градус. Це дозволяє одержати високу щільність даних: змінюючи кут опорного чи променя його частоту, можна записати додаткові сторінки даних у тім же самому кристалі. Більшість досліджень в області голографії проводилися з використанням фотореактивних матеріалів (головним чином, згадуваного вище ніобата літію), однак якщо вони годять для запису голографічних зображень ювелірних прикрас, те цього ніяк не можна сказати у відношенні запису інформації

• Тому був розроблений новий клас фотополімерних матеріалів, що володіють непоганими перспективами з погляду комерційного застосування. Фотополімери являють собою речовини, у яких під дією світла відбуваються необоротні зміни, що виражаються у флуктуаціях складу і щільності. Так, для голографічного пам'яті не годяться світлодіоди на базі напівпровідникових лазерів, застосовувані в традиційних оптичних пристроях, оскільки вони мають недостатню потужність, дають пучок з високою і, нарешті, напівпровідниковий лазер, генеруючий випромінювання в середньому діапазоні видимої області спектра, одержати дуже складно. Тут же необхідний могутній лазер, що дає як можна більш рівнобіжний пучок. Отже, переваг у нової технології більш ніж досить: крім того, що інформація зберігається і зчитується паралельно, можна досягти дуже високої швидкості передачі даних і, в окремих випадках, високій швидкості довільного доступу.

Молекулярна пам'ять

• Група дослідників центра "WM Keck Center for Molecular Electronic" під керівництвом професора Роберта Р. Бирга (Robert R. Birge) уже відносно давно одержала прототип підсистеми пам'яті, що використовує для запам'ятовування цифрові біти молекули. Це - молекули протеїну, що називається бактеріородопсин (bacteriorhodopsin). Він має пурпурний колір, поглинає світло і є присутнім у мембрані мікроорганізму, називаного halobacterium halobium. Цей мікроорганізм "проживає" у соляних болотах, де температура може досягати +150 ° С. Коли рівень змісту кисню в навколишнім середовищі настільки низок, що для одержання енергії неможливо використовувати подих (окислювання), воно для фотосинтезу використовує протеїн.

• Як показали дослідження Бирга, bR-стан (логічне значення біта "0") і Q-стан (логічне значення біта "1") є проміжними станами молекули і можуть залишатися стабільними протягом багатьох років. Це властивість, зокрема, що забезпечує дивну стабільність протеїну, і було придбано еволюційним шляхом у боротьбі за виживання в суворих умовах соляних боліт. За оцінками Бирга, дані, записані на бактеріородопсином запам'ятовуючому пристрої, повинні зберігатися приблизно п'ять років. Іншою важливою особливістю бактериородопсина є те, що ці два стани мають помітно відрізняються спектри поглинання. Це дозволяє легко визначити поточний стан молекули за допомогою лазера, налаштованого на відповідну частоту.

• Був побудований прототип системи пам'яті, у якому бактеріородопсин запам'ятовує дані в тривимірній матриці. Така матриця являє собою кювету (прозора судина), заповнену поліакридним гелем, у який поміщений протеїн. Кювету має довгасту форму розміром 1x1x2 дюйми. Протеїн, що знаходиться в bR-стані, фіксується в просторі при полімеризації гелю. Кювету оточують батарея лазерів і детекторна матриця, побудована на базі приладу, що використовує принцип зарядової інжекції (CID - Charge Injection Device), які служать для запису і читання даних.

Вступ

• Пам'ять для обчислювальних систем існує, і світовий річний обсяг ринку становить десятки мільярдів доларів. Know-how полягає в новому принципі управління вибіркою інформації з накопичувача пам'яті, побудованого на феромагнітних елементах. Реалізація цієї пропозиції означає наступне: • Стає можливим створення пристроїв пам'яті, в тому числі оперативної, які за своїми основними експлуатаційними характеристиками - ємність, швидкодія - значно краще сучасних аналогів (див. приклад у кінці даного матеріалу), • Нові пристрої пам'яті будуть мати додаткові перевагами, а саме, здатність працювати в діапазоні низьких значень - одиниці вольт - напруги живлення, невибагливістю до сталості параметрів запам'ятовуючого матеріалу, підвищеною стійкістю до іонізуючих випромінювань, • Нові пристрої пам'яті будуть значно дешевше в розрахунку на один біт інформації, • Нові пристрої пам'яті використовують існуючі, добре відпрацьовані технології в мікроелектроніці і не вимагають тривалої і дорогої науково-дослідної та дослідно-конструкторської фази розробки. • Стає принципово можливим поєднання логічних функцій і функцій пам'яті на одному кристалі, тобто створення комп'ютерів з концептуально інший, ніж зараз, архітектурою.

• При записі даних спочатку треба запалити жовтий "сторінковий" лазер - для перекладу молекул у Q-стан.

• Для того, щоб прочитати дані, треба знову запалити сторінковий лазер, що переводить читається, у Q-стан. Це робиться для того, щоб надалі, за допомогою розходження в спектрах поглинання, ідентифікувати двоцифрові нулі й одиниці. Через 2ms після цього сторінка "занурюється" у низькоінтенсивний світловий потік червоного лазера. Низька інтенсивність потрібна для того, щоб попередити "перестрибування" молекул у Q-стан. Для стирання даних досить короткого імпульсу синього лазера, щоб повернути молекули з Q-стану у вихідний bR-стан.

• У цьому році компанії Toshiba і Samsung здивували світ, почавши виробництво 0.85-дюймових жорстких дисків з ємністю 4 ГБ. Але це ніщо в порівнянні з тим, над чим працює група хіміків з Університету Глазго. Ця команда розробляє нано-кластери - групи молекул, які на поверхні в 10000 разів менше товщини людської волосини здатні зберігати великі обсяги інформації. Так, наприклад 0.85-дюймовий носій з такою технологією може досягати ємності до 40 терабайт, на який можна буде вмістити до 10 міліонів музичних файлів, 8000 фільмів або, наприклад Бібліотеку Конгресу ..;)

Модуль пам'яті RIMM.

• Технологія Direct Rambus DRAM передбачає абсолютно новий підхід до побудови архітектури підсистеми пам'яті.

• По-перше, розроблено спеціальний інтерфейс Rambus для підключення модулів пам'яті до контролера. По-друге, модулі пам'яті з'єднані з контролером спеціальними каналами з шириною шини даних 18 (16 +2) біт та шини керування 8 біт. По-третє, розроблені нові модулі пам'яті RIMM (Rambus InLine Memory Module).

• Кожен канал Rambus здатний підтримувати до 32 банків і теоретично може працювати на частоті до 800 МГц. До контролера можна підключити декілька каналів Rambus. Сам контролер працює на частоті до 200 МГц, яка визначається вже частотою системної шини. Поки такі значення доступні тільки для систем на базі процесорів Athlon фірми АМD.

• На практиці починають проявлятися недоліки технології Rambus, пов'язані з її архітектурою. Наприклад, якщо операція запису даних повинна слідувати за операцією читання, контролер змушений генерувати затримку, величина якої залежить від фізичної довжини провідників каналу Rambus. Якщо канал короткий, затримка складе всього один такт (на частоті 400 МГц близько 2,5 нс). У гіршому разі, при максимально довгому каналі, величина затримки досягає 12,5 нс. До цього слід додати затримки, які генеруються у самих циклах читання / запису, тому загальний підсумок виглядає вже не настільки райдужно навіть у порівнянні з модулями SDRAM.

Нетрадиційний підхід у розробці пам'яті c довільною вибіркою

• Швидкодія ЗУ наближається до швидкості перемикання магнітного елемента та обмежено тільки властивостями використовуваного магнітного матеріалу. Мінімальний час перемикання запам'ятовуючого елемента в матриці ЗУ на, наприклад, плоских плівках становить 1нс і менш вже при існуючих технологіях, що недосяжно для інших ЗУ. Накопичувач такого ЗУ не вимагає транзистора на кожен елемент пам'яті, як в існуючих технологіях. Він складається виключно з координатних шин і магнітного матеріалу, тому довговічний і по відношенню до терміну служби нічого не варто

• Ємність ОЗП визначається розмірами запам'ятовуючого елемента. Отже, ємність даного ЗУ може бути більше ємності динамічного ЗУ. В якості елементів пам'яті ЗУ використовується магнітний матеріал (наприклад, магнітна плівка), який зберігає інформацію без споживання енергії. Отже, запис (зчитування) інформації відбувається в імпульсному режимі - двома полутокамі відповідної полярності. Енергія витрачається лише на формування струмів вибірки. Зі сказаного вище випливає, що чим менше енерговитратність елемента, тим менше споживана потужність накопичувача.

• Крім того, використовується рішення дозволило: • вирішити відому проблему залежності швидкодії запам'ятовуючого пристрою від його ємності; • знизити напругу живлення до будь-якого необхідного рівня, необхідного для живлення логіки управління; • суттєво знизити потужність споживання; • виключити втрати інформації при відключенні джерела живлення або виході з ладу одного або більш формувачів вибірки; • багаторазово знизити рівень дельта-перешкод від полувибранних запам'ятовуючих елементів; • розширити функціональні можливості пристрою, що запам'ятовує до рівня, що дозволяє виключити процесор зі складу ЕОМ; • використовувати аналогові властивості запам'ятовуючого елемента для запису, зберігання та зчитування багаторозрядних чисел ; • виключити зчитувальні обмотки зі складу запам'ятовуючого пристрою і використовувати резистивний ефект від перемикання запам'ятовуючого елемента.

• Запропонований принцип роботи не змінює технології виготовлення матриці, що запам'ятовує. У зв'язку з тим, що ЗУ однорозрядною, для запису інформації не потрібно обнулення: запис "0" - негативна полярність струму вибірки запис "1" - позитивна полярність струму вибірки. У момент запису може здійснюватися зчитування інформації з тією ж адресою. Поява імпульсу на виході підсилювача відтворення говорить про те, що прочитується інформація протилежна записуваної. Таким чином, на виході підсилювача відтворення при зверненні до ЗУ реалізується логічна операція нерівнозначності без втрати інформації (записувати і зчитувати інформації міняються місцями). Практично це дозволяє, при побудові пам'яті з однорозрядних ЗУ, виробляти всю обробку інформації - логічну, арифметичну і асоціативну - без процесора.

• Функціональні схеми і спосіб організації матриці запам'ятовуючих елементів пропонованого і традиційного ЗУ еквівалентні і представлені на Рис.1. Запам'ятовує матриця nn (накопичувач) Рис.1 Функціональна схема В експериментах використовується однорозрядною ЗУ на магнітних сердечниках ємністю 256 біт, що складається з двох пристроїв вибірки (X, Y) і пам'ятною матриці (накопичувача). Кожен сердечник прошитий двома ортогональними обмотками і вихідний обмоткою, що проходить крізь усі сердечники (Рис.1). Для традиційного і нового ЗУ використовується один і той же накопичувач. Загальний вигляд реально працюючих експериментального стенду і зразка нової магнітної пам'яті представлені на фото 1.

Вид магнітної пам'яті

Структура пам'яті

Intel випустила "вбивцю" флеш-пам'яті

• Компанії Intel і STMicroelectionics відправили партнерам прототипи нової пам'яті PRAM. Пристрій під кодовою назвою Alverstone забезпечує більшу швидкість читання і запису даних, ніж звичайна флеш-пам'ять при зниженому енергоспоживанні і потенційно меншій вартості за мегабайт.

• Крім того, число циклів читання-запису, яка може витримати PRAM, в 1000 разів перевищує показники флеш-пам'яті, відзначає The Inquirer. Розробники називають технологію, на якій побудований Alverstone, самим значним проривом в галузі за 40 років.

• Новий вид пам'яті розроблявся двома компаніями з 2003 року. У 2004 році розробники представили восьмімегабітние масиви пам'яті з розміром елемента, що не перевищує 180 нанометрів.

• У 2006 році Alverstone перейшов на 90-нанометровий технологічний процес, а обсяг пам'яті пристрою досяг 128 мегабіт. Саме цей варіант Alverstone і був розісланий партнерам.

• У 2007 році загальний обсяг ринку пам'яті склав близько 61 мільярда доларів.