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Terabyte di spazio di archiviazione per telefoni cellulari
Un nuovo tipo di tecnologia di memoria potrebbe portare a chiavette USB o schede di memoria per fotocamere digitali che memorizzano un terabyte di informazioni, più di quanto la maggior parte dei dischi rigidi contenga oggi. I primi esempi della nuova tecnologia, che potrebbe anche ridurre il consumo energetico di oltre il 99 percento, potrebbero essere sul mercato entro 18 mesi.
Piccoli pezzi: I fili di rame delle dimensioni dei virus, come quelli mostrati qui, potrebbero essere la chiave per un nuovo tipo di chip di memoria.
È una tecnologia radicalmente nuova, afferma Michael Kozicki, professore di ingegneria elettrica presso l'Arizona State University, il cui gruppo è uno dei tanti che lavorano su una versione della nuova memoria. Se funziona davvero come tutti pensano, potrebbe davvero rivoluzionare il settore della memoria e dell'archiviazione.
Il nuovo tipo di memoria, chiamata memoria a celle a metallizzazione programmabile (PMC), o memoria nano-ionica, è in fase di sviluppo presso l'Arizona State University e aziende come Sony e IBM. Fa parte di una nuova generazione di tecnologie sperimentali che stanno cercando di sostituire i dischi rigidi, la memoria flash non volatile utilizzata nell'elettronica portatile e la memoria dinamica ad accesso casuale (DRAM) nei personal computer. I primi prototipi di memoria ionica erano troppo lenti per l'uso pratico. Ma recentemente, i ricercatori hanno dimostrato che i materiali strutturati su scala nanometrica potrebbero produrre dispositivi di memoria ionica molto più veloci. La memoria nano-ionica è significativamente più veloce della memoria flash e la velocità di alcune celle sperimentali ha rivaleggiato con quella della DRAM, che è di ordini di grandezza più veloce della flash.
Il ricordo potrebbe anche rivelarsi facile da realizzare. Recentemente, il gruppo dell'Arizona ha pubblicato un lavoro che dimostra che la memoria nano-ionica può essere realizzata con materiali utilizzati convenzionalmente nei chip di memoria e nei microprocessori dei computer. Ciò potrebbe rendere più facile l'integrazione con le tecnologie esistenti e significherebbe meno riattrezzamento nelle fabbriche, il che farebbe appello ai produttori.
Un altro motivo per cui la memoria ionica è attraente è che utilizza tensioni estremamente basse, quindi potrebbe consumare fino a un millesimo di energia rispetto alla memoria flash. In teoria, potrebbe anche raggiungere densità di archiviazione molto più elevate - bit di informazioni per unità di superficie - rispetto alle tecnologie attuali.
Queste attrazioni sono in gran parte il risultato di un nuovo meccanismo di memorizzazione delle informazioni. La memoria flash memorizza bit di informazioni come carica elettrica, ma più piccole sono le celle di memoria che contengono i bit, minore è la carica che possono contenere e meno affidabili diventano. La nuova memoria immagazzina le informazioni riorganizzando gli atomi per formare celle di memoria stabili e potenzialmente estremamente piccole. Inoltre, ogni cella potrebbe potenzialmente memorizzare più bit di informazioni e le celle possono essere sovrapposte l'una sull'altra, aumentando la densità di archiviazione della memoria al punto da poter competere con quella della forma di memoria più densa di oggi: i dischi rigidi.
Ogni cella di memoria è costituita da un elettrolita solido inserito tra due elettrodi metallici. L'elettrolita è un materiale simile al vetro che contiene ioni metallici. Normalmente, l'elettrolita resiste al flusso di elettroni. Ma quando viene applicata una tensione agli elettrodi, gli elettroni si legano agli ioni metallici, formando atomi di metallo che si raggruppano insieme. Questi atomi formano un filamento delle dimensioni di un virus che collega gli elettrodi, fornendo un percorso lungo il quale può fluire la corrente elettrica. L'inversione della tensione provoca la dissoluzione del filo, afferma Kozicki. Lo stato altamente resistivo dell'elettrolita e l'altro stato a bassa resistenza possono essere usati per rappresentare zero e uno. Poiché il filamento metallico rimane in posizione finché non viene cancellato, la memoria nano-ionica è non volatile, il che significa che non richiede energia per trattenere le informazioni, ma solo per leggerle o scriverle.
Una pen drive che memorizza un terabyte di informazioni, tuttavia, dovrebbe sfruttare altre due caratteristiche della memoria nano-ionica, afferma Kozicki. Innanzitutto, dovrebbe memorizzare più di un bit di informazioni per cella di memoria. Una volta che il filo all'interno della cella si è formato, è possibile applicare nuovamente una tensione, provocando la formazione di più atomi, ispessendo il filo e diminuendo ulteriormente la resistenza. Gli scossoni successivi addenseranno ancora di più il filo e i diversi stati di resistenza potrebbero essere utilizzati per memorizzare più bit di informazioni per filo.
Inoltre, questo tipo di memoria può essere impilata a strati, poiché non è necessario che ogni cella sia in contatto con uno strato di base di silicio, come nel caso di altri tipi di memoria. La combinazione di più bit per cella con più livelli potrebbe consentire di formare una memoria straordinariamente densa, afferma Kozicki.
William Gallagher, senior manager per la ricerca esplorativa sulla memoria non volatile presso IBM Research, afferma che la memoria nano-ionica è una delle tante promettenti tecnologie di memoria di prossima generazione. Questi includono MRAM, che memorizza le informazioni utilizzando campi magnetici e la memoria a cambiamento di fase, che memorizza le informazioni in un modo simile a quello utilizzato per memorizzare i bit sui DVD. Gallagher afferma che i concorrenti della memoria ionica hanno un vantaggio su di essa. I chip MRAM sono già venduti per alcune applicazioni speciali, come i dispositivi che saranno esposti ad ambienti difficili. Ma la MRAM potrebbe anche rivelarsi migliore per le applicazioni di memoria ad alta velocità rispetto alla sostituzione del flash, quindi potrebbe non competere direttamente con la memoria nano-ionica. Samsung, tuttavia, potrebbe vendere una memoria flash sostitutiva basata sul cambiamento di fase entro un anno.
Tuttavia, la memoria nano-ionica potrebbe non essere molto indietro. Alcune aziende hanno concesso in licenza la tecnologia di memoria nano-ionica sviluppata presso l'Arizona State University. Questi includono Qimonda, con sede in Germania; Micron Technologies, con sede a Boise, ID; e un avvio in modalità stealth della Bay Area. La startup è sulla buona strada per produrre i suoi primi dispositivi di memoria, che secondo Kozicki potrebbero essere disponibili entro 18 mesi. Questi primi chip, tuttavia, non rivaleggiano con i dischi rigidi in termini di densità di memoria, afferma.
La nuova tecnologia potrebbe tuttavia avere difficoltà a conquistare un'ampia adozione. La memoria di tipo flash continua a migliorare e potrebbe farlo per qualche altra generazione di prodotti. Inoltre, i migliori prototipi di memoria nano-ionica sono stati realizzati con materiali che non vengono utilizzati nei microchip convenzionali, quindi la produzione potrebbe essere costosa, almeno inizialmente. Il gruppo di Kozicki ha recentemente dimostrato che la memoria ionica può essere costruita da una combinazione di biossido di silicio e materiali di rame che sono compatibili con la produzione convenzionale. Ma questi materiali non funzionano altrettanto bene, il che potrebbe renderli meno attraenti di alternative come la memoria a cambiamento di fase. Affinché il nuovo tipo di memoria abbia successo, potrebbe essere necessario convincere i produttori a passare a nuovi materiali.