TEKNOLOGI MEMORI KOMPUTER TERBARU
( MRAM )
Sebelumnya ada RAM (Randon Acsess Memory) untuk menyebut memori computer. Memori RAM ini memiliki berbagai jenis mulai dari EDO RAM, DDR1, DDR2 dan beberapa jenis lainnya.
Namun ternyata RAM saja belum cukup untuk memuaskan kebutuhan manusia akan tuntuan kecepatan. Oleh karna itu, Fisikawan dan Insinyur jerman mengembangkan sebuah jenis memory baru.
Magnetoresistive random-access memory (MRAM) adalah non-volatile random-access memory teknologi yang sudah dalam pengembangan sejak 1990-an. Memory ini buka hanya lebih cepat dari pada RAM tetapi juga lebih hemat energi. Kehadiran MRAM akan meningkatkan perkembangan mobile computing dan lvel penyimpanan dengan cara membalik arah kutub utara-selatan medan magnet.
IBM dan beberapa perusahaan pengembang yang lain berencana menggunakan MRAM, MRAM ini akan memutar electron-elektron untuk mengganti kutub magnet. Hal ini juga di kenal sebagai apin-torque MRAM (torsi putar MRAM) teknologi inilah yang dikembangkanoleh para Fisikawan dan Insinyur Jerman.
Denan membangun pilar-pilar kecil yang berukuran 15 nano meter, akan mengakibatkan magnet variable pada atas lapisan akan mengakibatkan arus listrik mengalir dari bawah ke atas dan akan memutar posisi electron. Medan magnet ini akan berubah dan hanya membutuhkan sedikit waktu untuk merubah kutub medan magnet ini. Kemudian kutub utara dan selatan akan bertukar.
Kecepatan MRAM mencapai 10 kali lipat kecepatan RAM. Ini akan Terus meningkat dalam kepadatan teknologi memori yang ada – terutama flash RAM dan DRAM – menyimpannya dalam peran ceruk di pasar, namun para pendukungnya percaya bahwa keuntungan yang begitu kuat bahwa RAM magnetoresistive akhirnya akan menjadi dominan untuk semua jenis memori, menjadi yang universal memori. [1]
Leon Chua berpendapat bahwa semua 2-terminal perangkat memori non-volatile termasuk MRAM harus dipertimbangkan memristor . [2] Stan Williams dari HP Labs juga telah menyatakan bahwa MRAM harus dianggap sebagai memristor teknologi. [3]
- Deskripsi
Metode sederhana membaca dilakukan dengan mengukur hambatan listrik dari sel. Sebuah sel tertentu (biasanya) dipilih oleh sebuah powering terkait transistor yang beralih saat ini dari garis suplai melalui sel ke tanah. Karena efek terowongan magnet , para tahanan listrik dari sel perubahan karena orientasi bidang dalam dua piring. Dengan mengukur arus yang dihasilkan, perlawanan di dalam setiap sel tertentu dapat ditentukan, dan dari polaritas dari pelat ditulis. Biasanya jika dua piring memiliki polaritas yang sama ini dianggap berarti “1”, sedangkan jika dua piring adalah polaritas berlawanan resistensi akan lebih tinggi dan ini berarti “0”.
Data ditulis ke sel menggunakan berbagai cara. Dalam sederhana, setiap sel terletak di antara sepasang garis menulis diatur pada sudut yang tepat satu sama lain, atas dan bawah sel. Bila arus dilewatkan melalui mereka, sebuah medan magnet induksi dibuat di persimpangan, yang ditulis pelat mengambil. Pola operasi ini mirip dengan memori inti , sistem yang umum digunakan pada tahun 1960. Pendekatan ini membutuhkan arus yang cukup besar untuk menghasilkan lapangan, bagaimanapun, yang membuatnya kurang menarik untuk daya rendah penggunaan, salah satu kelemahan utama MRAM ini. Selain itu, sebagai perangkat diperkecil dalam ukuran, ada saatnya ketika tumpang tindih bidang diinduksi sel yang berdekatan di daerah yang kecil, yang mengarah ke false potensial menulis. Masalah ini, setengah-pilih (atau menulis mengganggu) masalah, muncul untuk mengatur ukuran cukup besar untuk jenis sel. Salah satu solusi eksperimental untuk masalah ini adalah menggunakan domain melingkar ditulis dan dibaca dengan menggunakan efek magnetoresistive raksasa , tapi tampaknya baris ini penelitian tidak lagi aktif.
Pendekatan lain, modus toggle, menggunakan multi-langkah menulis dengan sel multi-layer diubah. Sel dimodifikasi untuk mengandung “antiferromagnet buatan” di mana alternatif orientasi magnetik bolak-balik melintasi permukaan, dengan kedua disematkan dan lapisan bebas, yang terdiri dari multi-lapisan tumpukan terisolasi oleh lapisan “kopling” tipis. Lapisan yang dihasilkan hanya memiliki dua negara yang stabil, yang dapat toggled dari satu ke yang lain dengan waktu menulis saat ini dalam dua baris jadi satu sedikit tertunda, sehingga “berputar” lapangan. Setiap tegangan kurang dari tingkat menulis penuh sebenarnya meningkatkan perlawanannya terhadap flipping. Itu berarti bahwa sel-sel lain yang terletak di sepanjang salah satu jalur menulis tidak akan menderita dari masalah setengah-pilih, memungkinkan untuk ukuran sel yang lebih kecil.
Sebuah teknik baru, torsi spin Transfer (STT) atau switching berputar transfer, menggunakan spin-aligned (“terpolarisasi”) elektron untuk langsung torsi domain. Secara khusus, jika elektron yang mengalir ke lapisan harus mengubah spin mereka, ini akan mengembangkan torsi yang akan ditransfer ke lapisan di dekatnya. Hal ini akan menurunkan jumlah arus yang dibutuhkan untuk menulis sel, sehingga hampir sama dengan proses membaca. [4] Ada kekhawatiran bahwa “klasik” jenis sel MRAM akan mengalami kesulitan pada kepadatan tinggi karena jumlah arus yang dibutuhkan saat menulis, suatu STT masalah menghindari. Untuk alasan ini, para pendukung STT mengharapkan teknik yang akan digunakan untuk perangkat dari 65 nm dan lebih kecil. [ rujukan? ] downside adalah kebutuhan untuk mempertahankan koherensi spin. Secara keseluruhan, STT membutuhkan jauh lebih sedikit dibandingkan saat menulis MRAM konvensional atau beralih. Penelitian di bidang ini menunjukkan bahwa saat ini STT dapat dikurangi hingga 50 kali dengan menggunakan struktur komposit baru. [5] Namun, kecepatan operasi yang lebih tinggi masih membutuhkan lebih tinggi saat ini. [6]
Pengaturan potensial lainnya termasuk ” Switching Assisted Thermal “(TAS-MRAM), yang sebentar memanas (mengingatkan fase-perubahan memori ) yang persimpangan terowongan magnetik selama proses menulis dan menjaga stabil MTJs pada suhu dingin sisa waktu; [7] dan “vertikal transportasi MRAM” (VMRAM), yang menggunakan arus melalui kolom vertikal untuk mengubah orientasi magnetik, suatu pengaturan geometris yang mengurangi menulis mengganggu masalah dan sehingga dapat digunakan pada kepadatan lebih tinggi. [8]
Sebuah makalah baru-baru ini [9] memberikan rincian bahan dan tantangan yang berkaitan dengan MRAM dalam geometri tegak lurus. Para penulis menjelaskan istilah baru yang disebut “Pentalemma” – yang merupakan konflik di lima persyaratan yang berbeda seperti menulis saat ini, stabilitas mudah dibaca, bit, membaca / menulis kecepatan dan integrasi proses dengan CMOS. Pemilihan bahan dan desain MRAM untuk memenuhi kebutuhan tersebut dibahas.
Sederhana struktur sel MRAM
Perbandingan dengan sistem lain
- Kepadatan
DRAM menggunakan kecil kapasitor sebagai elemen memori, kabel untuk membawa arus ke dan dari itu, dan transistor untuk mengendalikannya – disebut sebagai sel “1T1C”. Hal ini membuat DRAM RAM tertinggi kepadatan saat ini tersedia, dan dengan demikian yang paling mahal, yang mengapa digunakan untuk sebagian besar RAM ditemukan di sebuah komputer.
MRAM secara fisik mirip dengan DRAM di makeup, meskipun sering tidak memerlukan transistor untuk menulis operasi. Namun, seperti disebutkan di atas, sel MRAM paling dasar menderita dari masalah setengah-pilih, yang membatasi ukuran sel menjadi sekitar 180 nm atau lebih. Beralih-mode MRAM menawarkan ukuran yang lebih kecil sebelum ini menjadi masalah, ternyata sekitar 90 nm, [10] ukuran yang sama seperti produk DRAM terbaru. Untuk menjadi layak menempatkan ke dalam produksi yang luas, bagaimanapun, umumnya percaya bahwa MRAM akan harus pindah dengan ukuran 65 nm dari perangkat memori yang paling canggih, yang akan memerlukan penggunaan STT.
- Power konsumsi
Sebaliknya, MRAM pernah membutuhkan refresh. Ini berarti bahwa bukan hanya tidak mempertahankan memori dengan daya dimatikan tetapi juga tidak ada daya konstan-menarik. Sedangkan proses membaca dalam teori membutuhkan daya lebih dari proses yang sama di DRAM, dalam prakteknya perbedaan tampaknya sangat dekat dengan nol. Namun, proses menulis membutuhkan lebih banyak kekuatan untuk mengatasi bidang yang ada disimpan dalam persimpangan, bervariasi dari tiga hingga delapan kali daya yang diperlukan selama membaca. [11] [12] Meskipun jumlah persisnya penghematan energi tergantung pada sifat kerja – menulis lebih sering akan membutuhkan lebih banyak kekuatan – dalam pendukung MRAM umumnya mengharapkan konsumsi daya yang jauh lebih rendah (hingga 99% lebih sedikit) dibandingkan dengan DRAM. STT berbasis MRAMs menghilangkan perbedaan antara membaca dan menulis, lebih lanjut mengurangi kebutuhan daya.
Hal ini juga layak membandingkan MRAM dengan sistem memori yang umum, flash RAM . Seperti MRAM, flash tidak kehilangan memori ketika kekuasaan akan dihapus, yang membuatnya sangat umum sebagai “pengganti hard disk” dalam perangkat kecil seperti digital audio player atau kamera digital . Ketika digunakan untuk membaca, flash dan MRAM sangat mirip dalam kebutuhan daya. Namun, flash ditulis ulang menggunakan pulsa besar tegangan (sekitar 10 V) yang disimpan dari waktu ke waktu dalam pompa muatan , yang keduanya haus kekuasaan dan memakan waktu. Selain itu, saat ini pulsa fisik merusak sel-sel flash, yang berarti flash dapat ditulis hanya untuk beberapa jumlah terbatas kali sebelum harus diganti.
Sebaliknya, MRAM membutuhkan daya hanya sedikit lebih banyak untuk menulis daripada membaca, dan tidak ada perubahan tegangan, menghilangkan kebutuhan untuk biaya pompa. Hal ini menyebabkan operasi lebih cepat, konsumsi daya yang rendah, dan “hidup” tanpa batas panjang.
- Kinerja
Teknologi memori hanya saat ini yang dengan mudah bersaing dengan MRAM dalam hal kinerja RAM statis , atau SRAM. SRAM terdiri dari serangkaian transistor diatur dalam flip-flop , yang akan memegang salah satu dari dua negara selama kekuasaan diterapkan. Karena transistor memiliki kebutuhan daya yang sangat rendah, waktu switching mereka sangat rendah. Namun, karena sel SRAM terdiri dari beberapa transistor, biasanya empat atau enam, kerapatan jauh lebih rendah dibandingkan DRAM. Hal ini membuat mahal, yang mengapa hanya digunakan untuk sejumlah kecil tinggi kinerja memori, yang terkenal menjadi CPU cache di hampir semua modern CPU desain.
Meskipun MRAM tidak cukup secepat SRAM, cukup dekat untuk menjadi menarik bahkan dalam peran ini. Mengingat kepadatan yang jauh lebih tinggi, seorang desainer CPU mungkin cenderung untuk menggunakan MRAM untuk menawarkan cache jauh lebih besar tapi agak lambat, daripada yang lebih kecil namun lebih cepat. Masih harus dilihat bagaimana trade-off akan bermain keluar di masa depan.
- Keseluruhan
Namun, sampai saat ini, MRAM belum secara luas diadopsi di pasar sebagai non-volatile RAM. Ini mungkin bahwa vendor tidak siap untuk mengambil risiko mengalokasikan modern fab untuk produksi MRAM ketika atas biaya tersebut Beatles dari beberapa miliar dolar untuk membangun dan bukannya dapat menghasilkan pendapatan dengan melayani pasar negara maju memproduksi kenangan flash dan DRAM.
The Beatles sangat terbaru tampaknya akan digunakan untuk flash, misalnya memproduksi 16 bagian Gbit diproduksi oleh Samsung pada proses nm 50. [15] Beatles Sedikit lebih tua yang digunakan untuk memproduksi DRAM yang paling DDR2, sebagian besar yang dihasilkan pada satu- Generasi berusia 90 nm proses daripada menggunakan up langka terdepan kapasitas.
Sebagai perbandingan, MRAM adalah sebagian besar masih “dalam pengembangan”, dan diproduksi pada tua non-kritis Beatles. Satu-satunya produk komersial yang banyak tersedia pada saat ini adalah Everspin ‘s 4 Mbit bagian, diproduksi pada beberapa proses-generasi berusia 180 nm. Sebagai permintaan untuk flash terus melebihi pasokan, tampak bahwa itu akan menjadi beberapa waktu sebelum perusahaan mampu untuk “menyerah” salah satu Beatles terbaru mereka untuk produksi MRAM. Bahkan kemudian, desain MRAM saat ini tidak datang dekat dengan berkedip dalam hal ukuran sel, bahkan menggunakan fab yang sama. [ rujukan? ]
- Alternatif untuk MRAM
Sampai saat ini, satu-satunya sistem tersebut untuk masuk produksi luas adalah RAM feroelektrik , atau F-RAM (kadang-kadang disebut sebagai FeRAM). F-RAM adalah memori acak-akses yang sama dalam konstruksi dengan DRAM tetapi (bukannya dielektrik lapisan seperti di DRAM) berisi film tipis feroelektrik titanat timbal zirkonat [Pb (Zr, Ti) O 3], sering disebut sebagai PZT . The Zr / Ti atom dalam polaritas perubahan PZT dalam medan listrik, sehingga menghasilkan saklar biner. Tidak seperti perangkat RAM, F-RAM mempertahankan memori data saat daya dimatikan atau terputus, karena polaritas kristal PZT mempertahankan. Karena ini struktur kristal dan bagaimana dipengaruhi, F-RAM menawarkan sifat yang berbeda dari yang lain pilihan memori nonvolatile, termasuk daya tahan yang sangat tinggi (melebihi 10 16 untuk perangkat 3,3 V), konsumsi daya ultra rendah (sejak F-RAM tidak memerlukan biaya pompa seperti yang lain non-volatile kenangan), kecepatan tulis tunggal siklus, dan toleransi radiasi gamma. [16] Ramtron International telah mengembangkan, memproduksi, dan berlisensi RAM feroelektrik (F-RAM), dan perusahaan lain yang memiliki lisensi dan diproduksi F -RAM teknologi termasuk.
Lain teknologi solid-state untuk melihat lebih dari pengembangan eksperimental murni adalah Phase-perubahan RAM , atau PRAM. PRAM didasarkan pada mekanisme penyimpanan yang sama seperti ditulis CD dan DVD , namun membaca mereka didasarkan pada perubahan dalam hambatan listrik daripada perubahan sifat optik mereka. Dianggap sebagai “kuda hitam” untuk beberapa waktu, pada tahun 2006 Samsung mengumumkan ketersediaan bagian Mb 512, kapasitas jauh lebih tinggi daripada baik MRAM atau FeRAM. Kepadatan areal bagian ini tampaknya bahkan lebih tinggi dari perangkat flash modern, penyimpanan secara keseluruhan lebih rendah menjadi karena kurangnya multi-bit encoding. Pengumuman ini diikuti oleh salah satu dari Intel dan STMicroelectronics , yang menunjukkan perangkat mereka sendiri PRAM pada 2006 Intel Developer Forum pada bulan Oktober. Salah satu yang paling sesi hadir di bulan Desember IEDM 2006 adalah presentasi oleh IBM teknologi PRAM mereka.
Juga melihat minat baru adalah silikon-oksida-oksida nitrida–silikon ( SONOS ) memori
TABEL PERBANDINGAN
| MRAM (MEMORI TERBARU) |
MEMORI LAMA
|
|
|
