Ein Durchbruch im Gedächtnis

In den letzten zehn Jahren hat Flash-Speicher die Elektroniklandschaft verändert und uns robusten Speicher in winzigen Geräten wie iPods und Mobiltelefonen ermöglicht. Da die Chipgröße jedoch schrumpft, wissen die Ingenieure, dass die Flash-Leistung Grenzen haben wird, und sie haben eine Ersatztechnologie namens Phasenwechselspeicher im Auge. Intel gab heute einen Forschungsfortschritt bekannt, der die Speicherkapazität einer einzelnen Phasenwechselspeicherzelle verdoppelt. Dieser neue Ansatz wird auch über Algorithmen in den Chip implementiert, sodass er keine Kosten für den bestehenden Herstellungsprozess von Phasenwechselspeichern verursacht.

Viel mehr Speicher: Eine Speicherzelle (oben gezeigt) in einem Phasenänderungsspeicherchip speichert Daten durch Beibehalten eines bestimmten physikalischen Zustands oder einer Orientierung von Atomen. Eine Heizung in der Zelle (die dunkle vertikale Linie) erhitzt das Material, so dass sich Zustände ändern können. Zuvor wurden nur zwei Zustände verwendet. Intel hat nun gezeigt, dass es zwei weitere unterschiedliche Zustände gibt, die zum Speichern von Daten verwendet werden können, wodurch die Kapazität einer Speicherzelle effektiv verdoppelt wird.

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Der Phasenwechselspeicher unterscheidet sich von anderen Halbleiterspeichertechnologien wie Flash- und Random-Access-Memory, da er keine Elektronen zum Speichern von Daten verwendet. Stattdessen stützt es sich auf die stoffeigene Anordnung der Atome, den sogenannten physikalischen Zustand. Früher wurden Phasenwechselspeicher entwickelt, um nur zwei Zustände zu nutzen: einen, in dem Atome locker organisiert (amorph) sind, und einen, in dem sie starr strukturiert sind (kristallin).



Aber in einem Papier, das an der Internationale Konferenz für Halbleiterschaltungen in San Francisco zeigten Forscher, dass es zwei weitere unterschiedliche Zustände gibt, die zwischen amorph und kristallin liegen, und dass diese Zustände zum Speichern von Daten verwendet werden können.

Um ihre Speicherzellen herzustellen, haben Intel und Partner ST Mikroelektronik verwendet ein Material namens GST, eine Glasart, die physikalische Zustände aufweist, die auf Wärme reagieren. Eine winzige Heizung, die von Algorithmen im Chip gesteuert wird, ändert den Zustand der GST, indem sie eine Speicherzelle erhitzt, bis sie einen von vier verschiedenen Zuständen erreicht. (Ältere Systeme verwendeten den gleichen Ansatz, arbeiteten jedoch nur mit zwei Zuständen.) Intels Chief Technology Officer Justin Rattner sagt, dass die Forscher neuartige Programmieralgorithmen verwendeten, um die Wärmemenge zu ändern, die jede Zelle erhält, und so ihren Zustand zu kontrollieren: Wir können dies erfolgreich tun mit einem Array vernünftiger Größe und mit Geschwindigkeiten, die kommerziell vertretbar sind, sagt er. Die Zelle wird dann gelesen, indem ihr elektrischer Widerstand zwischen zwei Elektroden gemessen wird. Der Widerstand zeigt den Zustand der Zelle an, da jeder Zustand unterschiedliche elektrische Eigenschaften hat.

Durch das Hinzufügen von zwei Bits pro Zelle haben Intel und ST Microelectronics den Phasenwechselspeicher mit der heutigen Flash-Technologie gleichgesetzt, sagt H.-S. Philip Wong , Professor für Elektrotechnik an der Stanford University. Einen ähnlichen Trick habe Intel bereits beim Flash-Speicher gemeistert, bei dem mehr als ein Bit pro Speicherzelle gespeichert werden könne, so dass dies eine logische Weiterentwicklung für Phasenwechselspeicher sei. Es sei ziemlich wichtig, diese Multi-Bit-Speichertechnologie zu entwickeln, sagt Wong. Wenn Sie das nicht können, sind Sie um den Faktor zwei benachteiligt.

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Eine der Eigenschaften, die den Phasenwechsel als Blitzalternative so überzeugend macht, ist, dass er die gleichen Vorteile wie Blitz mit schnellerer Geschwindigkeit bietet, sagt Jim Handy , Analyst bei Objektive Analyse , ein Marktforschungsunternehmen für Halbleiter. Wie Flash ist der Phasenwechselspeicher ein nichtflüchtiger Speicher, der auch ohne Stromversorgung Bits speichern kann. Im Gegensatz zu Flash können Daten jedoch viel schneller in Zellen geschrieben werden, mit Geschwindigkeiten, die mit den dynamischen und statischen Direktzugriffsspeichern (DRAM und SRAM) vergleichbar sind, die heute in allen Computern und Mobiltelefonen verwendet werden. Derzeit, erklärt Handy, verwenden Computer- und Mobiltelefoningenieure DRAM oder SRAM in Kombination mit Flash. DRAM und SRAM werden verwendet, um Daten schnell zu lesen und zu schreiben; Flash wird verwendet, um Daten zu speichern, wenn das Gerät ausgeschaltet ist. Handy-Hersteller sind begeistert von Phasenwechselspeichern, sagt Handy, weil es so aussieht, als könnten sie zwei der Chips [Flash und DRAM] loswerden und durch einen Phasenwechselspeicherchip ersetzen.

Das Phasenwechselgedächtnis habe in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, fügt Wong hinzu. Vor einigen Jahren sah es vielversprechend aus, sagt er. Aber jetzt wird es passieren. Es besteht kein Zweifel.

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