Niet-vluchtig geheugen

Innovaties in niet-vluchtig geheugen met lage latentie door gebruik van geavanceerde materialen en apparaatonderzoek

Voor het geheugen dat wordt benaderd door de CPU worden momenteel twee verschillende technologieën gebruikt: SRAM en DRAM. Beide zijn vluchtig, wat betekent dat opgeslagen gegevens verloren gaan als de stroom uitvalt of het apparaat wordt uitgeschakeld. Er wordt onderzoek gedaan naar een nieuw ontwikkelde klasse geheugen (permanent geheugen of Storage Class Memory, SCM) die niet-vluchtig is, zodat gegevens niet verloren gaan bij stroomuitval.

Storage Class Memory

De latentie van de geheugencel is een meetcriterium voor de tijd die het duurt voordat de gegevens die worden opgevraagd door de CPU worden geretourneerd aan de CPU; de latentie verschilt per toepassing of gebruiksscenario en is bovendien afhankelijk van de architectuur van de processor en het geheugen. Over het algemeen heeft DRAM een latentie in het bereik van 15 tot 100 nanoseconden, terwijl bij NAND sprake is van latenties van 80 tot 120 microseconden. De kloof tussen de latenties is het doelwit voor “Storage Class Memory” (SCM).

Sommige ontwerpen van SCM of niet-vluchtig geheugen met lage latentie kunnen concurrereen met DRAM: één daarvan is MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory). Andere technologieën bieden een latentie die tussen DRAM en SSD inligt, zoals PCM (Phase Change Memory) of ReRAM (Resistive Random-Access Memory). Andere technologieën en geheugencelontwerpen worden beschreven in de literatuur, waarbij nieuwe en vernieuwde cellen worden onderzocht op verschillende universiteiten en in verschillende laboratoria over de hele wereld.

De inspanningen van Western Digital op het gebied van niet-vluchtig geheugen

De NVM-groep binnen het team van Western Digital Research is belast met de evaluatie van alle potentieel bruikbare NVM-geheugencelontwerpen.  

Een geheugencel moet niet alleen gegevens kunnen bevatten, maar moet deze ook gedurende een commercieel acceptabele tijd kunnen vasthouden. De snelheid van de cel moet binnen de nagestreefde latentie voor SCM liggen en de levensduur van de cel moet aan de vereisten voor SCM voldoen. De cel moet produceerbaar zijn met hedendaagse apparatuur voor siliciumproductie en de technologie moet schaalbaar zijn naar steeds kleinere knooppunten als deze de concurrentiestrijd in de markt voor gegevensopslag wil aankunnen.  

Om deze missie te realiseren, moet het NVM-team bestaande en nieuwe materialen onderzoeken, geheugencellen vervaardigen en deze cellen vervolgens testen en vergelijken met de doelspecificatie voor een SCM NVM-cel.  

Veelbelovende geheugenceltechnologieën moeten worden geoptimaliseerd, aangezien geen enkele cel bij eerste onderzoek aan de volledige specificatie voldoet. Veelbelovende cellen moeten derhalve worden geoptimaliseerd (materialen, productieprocessen enz.). Bovendien moeten wijzigingen in celeigenschappen bij verandering van celformaat worden onderzocht om te bepalen of de technologie schaalbaar is.  

Nadat een geschikte geheugencel is geïdentificeerd, werkt het NVM Research-team met andere teams binnen Western Digital samen om te onderzoeken wat nodig zou zijn om de technologie productierijp te maken en deze te gebruiken bij het maken van een product. Dit vereist inspanningen variërend van integratie in een besturingssysteem tot het bouwen van een fabriek voor het produceren van de nieuwe technologie.

Western Digital Nanoscale Lab

Om deze doelstellingen te realiseren, heeft de Research-organisatie het Nanoscale Lab gebouwd, dat uniek is in de opslag- en geheugenindustrie.

Het lab beschikt over een reeks tools voor dunnefilmafzetting, tools voor patroonontwerp, karakteriseringsuitrusting en modelleringsvoorzieningen voor het fabriceren, bestuderen en ontwikkelen van nieuwe materialen voor apparaten op nanoschaal.

Deze materialen worden vervolgens van een patroon voorzien en bedekt met andere materialen om apparaten en testcircuits op nanoschaal te vervaardigen, allemaal in hetzelfde laboratorium. De cyclus van materiaalontwikkeling, apparaatontwerp, fabricage en test wordt uiteindelijk voltooid door middel van tests in een andere suite van elektrische karakteriseringstools.

Meer informatie
Contact opnemen

Ga met ons mee op onze reis naar technologische innovatie

Bekijk onze openstaande technische functies