В индустрии энергонезависимой памяти и систем хранения появился новый фаворит — технология, которая как и ряд уже существующих, гарантирует сохранность данных при отключении питания. На протяжении нескольких десятилетий бал здесь правили магнитные диски. Однако компьютеры сегодня становятся все более компактными, им нужны все более емкие и быстрые средства хранения, и в этих условиях дисковые накопители постепенно перестают отвечать требованиям многих конечных пользователей.
В последнее время в компьютерном мире широкое распространение получила флэш-память. Флэш-диски с интерфейсом USB и карты памяти размером с мелкую монету, позволяющие хранить несколько гигабайтов информации, начинают играть все более важную роль, особенно для новых цифровых фотоаппаратов с высоким разрешением матрицы. В 2005 году объем продаж продуктов, изготовленных по флэш-технологии, превысил 12 млрд. долл. Ожидается, что в этом году он достигнет рубежа в 20 млрд. долл.
Однако требования к емкости и быстродействию данной продукции растут, и с выпуском каждого нового поколения флэш-памяти разработчикам становится все труднее сохранять взятые темпы. Технология поддается дальнейшему совершенствованию лишь до тех пор, пока ограничения процессов, применяемых при изготовлении микросхем, не достигнут своих теоретических и практических пределов.
А между тем в мире появилась новая твердотельная технология — память на основе фазовых состояний. Эта технология, известная под аббревиатурами PRAM и PCM, предполагает использование халькогенида — прозрачной субстанции, состоящей из серы, селена и теллура. Серебристый полупроводник, мягкий, как свинец, обладает уникальным свойством изменять свою физическую структуру (то есть расположение атомов) и переходить при нагревании из кристаллического состояния в аморфное. Два этих состояния вещества отличаются совершенно разной электрической проводимостью, которую легко измерить. Таким образом, халькогенид превращается в идеальный материал для хранения данных.
Создание памяти PCM — уже не первая попытка использования халькогенида для хранения данных. Этот материал применяется и при изготовлении перезаписываемых оптических дисков (CD-RW и DVD-RW). Луч лазера нагревает точку внутреннего слоя диска до температуры 300-600 °C . В результате происходит переупорядочение структуры атомов и одновременно меняется отражающий коэффициент материала, регистрируемый с помощью оптических приборов.
В памяти PVM вместо луча лазера для проведения изменений структуры вещества используется электрический ток. В течение нескольких наносекунд электрический заряд прикладывается к нужной точке, после чего температура падает так резко, что переупорядоченные атомы застывают, не успевая вернуться в свое обычное положение кристаллической решетки.
Для выполнения обратной операции через ту же самую точку в течение чуть более длительного времени пропускается менее интенсивный ток, который нагревает вещество, но не расплавляет его. Этой энергии как раз хватает для того, чтобы атомы вернулись в кристаллическое состояние, которое характеризуется пониженным электрическим сопротивлением.
При считывании ранее сохраненной информации датчик измеряет электрическое сопротивление точки. Аморфное состояние, для которого характерно высокое сопротивление, интерпретируется как двоичный ноль, а низкое сопротивление кристаллического состояния воспринимается как единица.
Скоростной потенциал
Память PCM позволяет перезаписывать данные без их предварительного стирания. Благодаря этому новая технология работает в 30 раз быстрее флэш-памяти, однако скорость доступа или чтения по сравнению с аналогичными характеристиками флэш-памяти пока оставляет желать лучшего.
После развертывания производства устройства на основе PCM (накопители с интерфейсом USB и твердотельные диски, отличающиеся повышенной емкостью и производительностью) очень быстро появятся в продаже. Ожидается, что срок службы памяти PCM будет по крайней мере в десять раз превышать продолжительность жизненного цикла флэш-памяти как с точки зрения числа операций записи и перезаписи, так и с точки зрения времени хранения данных. В конечном итоге скорость работы памяти PCM станет вполне сравнимой с быстродействием микросхем DRAM, но при этом стоить она будет дешевле. Кроме того, в отличие от DRAM, память PCM не требует постоянной подачи напряжения питания для обеспечения сохранности записанной информации.
С помощью технологии PCM можно будет создавать новые, более быстрые компьютеры. Отпадет необходимость построения нескольких уровней памяти систем.
Питание компьютера, оснащенного памятью PCM, можно будет отключать и вновь включать, находя данные именно в том состоянии, в котором они были оставлены. Причем совершенно неважно, когда это произойдет — прямо сейчас или спустя десять лет. Подобные компьютеры не будут терять информацию в случае системного сбоя или внезапного отключения питания. «Мгновенный доступ» станет реальностью, не нужно будет ждать, пока система загрузится, а данные попадут в память DRAM. Кроме того, технология PCM позволит существенно увеличить продолжительность работы портативных устройств от батарей.
История
Интерес к материалам из халькогенида возник после открытий, сделанных Стэнфордом Овшински — одним из основателей компании Energy Conversion Devices (сегодня она носит название ECD Ovonics). Работы ученого продемонстрировали высокий потенциал данного материала при использовании его в качестве как электронного, так и оптического средства хранения информации. Свой первый патент на технологию с изменением фазы Овшински получил еще в 1966 году.
В 1999 году была зарегистрирована компания Ovonyx. Ее задача заключалась в том, чтобы перевести на коммерческие рельсы память, получившую название Ovonic Universal Memory. Компания ECD передала права на использование всей своей интеллектуальной собственности в данной области Ovonyx, а та уже в свою очередь продала лицензии на технологию Lockheed Martin, Intel, Samsung Electronics, IBM, Sony, Matsushita Electric и прочим. Лицензии Ovonyx распространяются на использование специального сплава германия, сурьмы и теллура.
В 2000 и 2005 годах Ovonyx получила инвестиции от корпорации Intel. Тогда же было объявлено о начале реализации масштабной инициативы по замене некоторых типов флэш-памяти микросхемами PCM. Инженеры Intel построили опытные образцы и планируют начать использовать PCM вместо флэш-памяти NAND. В конечном итоге технология PCM должна вытеснить и микросхемы DRAM.
Однако коммерческих продуктов на основе PCM на рынке пока нет. Выпуск первых представителей этого семейства запланирован на 2008 год. В нынешнем году корпорация Intel планирует представить опытные образцы устройств, а инженеры Samsung прошлой осенью продемонстрировали работающий прототип микросхемы емкостью 512 Мбит. Кроме того, компания BAE Systems представила чип C-RAM. Этот чип отличается устойчивостью к космическим излучениям и предназначен для применения в космических аппаратах.
