La memoria più densa e veloce sfida sia DRAM che Flash

Un nuovo tipo di chip di memoria che una startup ha appena iniziato a testare potrebbe dare ai futuri smartphone e altri dispositivi di elaborazione sia una velocità che un aumento dello spazio di archiviazione. La tecnologia, nota come memoria crossbar, è in grado di memorizzare i dati con una densità circa 40 volte superiore rispetto alla memoria più compatta oggi disponibile. È anche più veloce e più efficiente dal punto di vista energetico.

Più memoria: Il dispositivo di archiviazione della memoria mostrato in questa immagine al microscopio elettronico potrebbe consentire salti drammatici nella capacità delle schede di memoria e di altri archivi di dati digitali.

La capacità della tecnologia di archiviare molti dati in un piccolo spazio potrebbe vederla sostituire i chip di memoria flash che sono alla base delle schede di memoria, di alcuni dischi rigidi e della memoria interna dei dispositivi mobili. È possibile accedere ai dati e scriverli nella memoria crossbar abbastanza velocemente da vederli anche competere con la DRAM, utilizzata come memoria a breve termine, nei dispositivi di elaborazione. La tecnologia è significativamente più efficiente dal punto di vista energetico sia del flash che della DRAM.

Sarà molto più denso e più veloce del flash perché non si basa sullo spostamento di elettroni intorno o sui transistor, afferma Wei Lu , un professore dell'Università del Michigan la cui ricerca ha portato allo sviluppo della memoria traversa. Lu è anche cofondatore e capo scienziato della startup Crossbar, con sede a Santa Clara, in California, che sta commercializzando la tecnologia. Nota che inizialmente l'azienda sta sviluppando la sua tecnologia per sostituire l'archiviazione flash.

I chip di memoria crossbar dimostrativi sono realizzati da TSMC, il più grande produttore di chip a contratto del mondo. Crossbar afferma che l'attuale versione della tecnologia può memorizzare un terabyte di dati (1.000 gigabyte) su un singolo chip di 200 millimetri quadrati, circa le dimensioni di un francobollo. In confronto, i chip di memoria flash più densi sul mercato oggi memorizzano 16 gigabyte su un singolo chip. Il più piccolo di questi chip, introdotto da Micron nel maggio di quest'anno, ha un'area di 144 millimetri quadrati.

La memoria crossbar è così chiamata a causa della semplice struttura su scala nanometrica utilizzata per memorizzare i dati. Due strati di elettrodi a bastoncino equidistanti sono impilati uno sopra l'altro, con i bastoncini dello strato superiore orientati a 90 gradi rispetto a quelli dello strato sottostante per formare una griglia. Bit di dati, 1 e 0, sono memorizzati in ciascuna delle giunzioni in cui si incrociano gli elettrodi dei diversi strati.

Quell'architettura trasversale di base è stata utilizzata per anni come base di nuove idee in elettronica, inclusa la memoria (vedi Memoria molecolare ). Tuttavia, la versione di Lu è diversa nel modo in cui memorizza i dati alle giunzioni, utilizzando un semplice distanziatore in silicio amorfo ad ogni giunzione piuttosto che un materiale più esotico.

Nei chip di Crossbar, quel distanziatore separa l'elettrodo dallo strato superiore, realizzato in argento, da quello dello strato inferiore, costituito da un conduttore non metallico. I bit vengono memorizzati facendo capovolgere quel distanziatore tra l'essere un isolante e un conduttore, a volte consentendo alla corrente di passare tra gli elettrodi superiore e inferiore, a volte bloccando la corrente. Il distanziatore può mantenere il suo stato, e quindi un po', senza alimentazione.

I dati vengono scritti applicando una specifica tensione di controllo a una particolare giunzione della barra trasversale. L'applicazione di una tensione positiva fa sì che le nanoparticelle d'argento si insinuino fuori dall'asta superiore nel distanziatore di silicio, penetrando infine abbastanza lontano da creare un percorso elettrico tra le aste superiore e inferiore in modo che la corrente possa fluire. L'applicazione di una tensione di controllo negativa può invertire tale processo. I dati vengono letti dalla memoria crossbar testando la conduttività di ciascuna giunzione.

Nei chip dimostrativi prodotti oggi, uno strato di strutture di memoria crossbar è impilato sopra uno strato di circuiti CMOS al silicio convenzionali. Quel circuito legge, scrive e cancella i dati dai livelli di memoria della barra trasversale in alto.

Crossbar, che ha ricevuto 25 milioni di dollari in fondi di investimento da Kleiner Perkins Caufield & Byers, Artiman Ventures e Northern Light Venture Capital, ha iniziato a lavorare per commercializzare la ricerca di Lu nel 2010. Una parte cruciale del processo di sviluppo è stata l'adattamento della nuova tecnologia per la produzione di massa nelle fabbriche di chip esistenti, afferma Lu. È stata necessaria la sperimentazione per determinare come depositare le nuove strutture trasversali sopra i circuiti CMOS convenzionali. Non vuoi contaminare lo strato CMOS o aumentare la temperatura così tanto da danneggiarlo, dice Lu.

La tecnologia di Crossbar si sta preparando per il mercato in un momento in cui i produttori di memoria stanno lottando per spremere una maggiore densità di dati dai metodi esistenti di creazione della memoria flash, afferma Brian Cronquist, vicepresidente di 3D monolitico , una società che sviluppa progetti di architettura di chip 3D. I modi in cui erano soliti ridimensionare la memoria flash non funzionano più.

I chip di memoria flash memorizzano i dati come isole di carica su una superficie, ma quelle isole non possono essere più strette di quanto non lo siano oggi, rendendo praticamente impossibile il miglioramento della densità. Ciò ha spinto Samsung e Toshiba a lavorare su chip di memoria flash 3D, che accumulano più superfici di memorizzazione della carica. Samsung ha prodotto chip funzionanti pronti per la produzione di massa all'inizio di quest'anno.

Tuttavia, afferma Cronquist, questo approccio non produrrà guadagni per più di qualche anno, quindi una nuova tecnologia dovrà prendere il sopravvento. Crossbar's è un possibile contendente, dice, tra gli altri in fase di sviluppo.

Uno di questi è HP, basato su un componente elettrico noto come memristor, che si prevedeva esistesse nel 1971 ma realizzato per la prima volta solo nel 2008 (vedi Memristor Memory Ready for Production ). HP ha dichiarato lo scorso anno che avrebbe lanciato la tecnologia alla fine del 2013, ma di recente non ha confermato i suoi piani.

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