De Flash à l'avenir: pourquoi la mémoire traditionnelle touche ses limites
Depuis des décennies, NAND flash et DRAM sont l'épine dorsale du stockage et de la mémoire de travail dans les systèmes informatiques. Toutefois, l'industrie est maintenant confrontée à des limites physiques et économiques claires: différences liées à l'échelle que les dimensions des caractéristiques approchent les dimensions atomiques, augmentent les taux d'erreur, et augmentent les coûts d'énergie pour le rafraîchissement et la gestion de l'usure. Ces questions ne sont pas abstraites — elles se traduisent par des contraintes opérationnelles concrètes telles que des durées de vie plus courtes des appareils pour le flash, la nécessité d'une correction des erreurs complexes et un tirage d'énergie significatif pour le rafraîchissement DRAM dans les grands centres de données.
Pour comprendre pourquoi les nouveaux souvenirs non volontaires ont besoin de les voir plus comme un « flash plus rapide ». Les MRAM (magnétosité RAM) et les ReRAM (résivité RAM) offrent des compromis distincts qui traitent des points de douleur spécifiques:
- Endurance - les deux technologies produisent une endurance d'écriture beaucoup plus élevée que de nombreuses technologies flash.
- Non-volatilité - ils conservent des données sans pouvoir, permettant des rapports instantanés et produisant la capacité de secours.
- Latence et énergie - moins de latence de lecture/écriture et moins d'énergie par fonctionnement peut améliorer considérablement les performances par watt.
Ces propriétés rendez MMAM et ReRAM attraientants non seulement pour les appareils mobiles et de bord, mais aussi pour la mémoire de classe de stockage, le stockage firmware, et l'utilisation microcontrôleur non volatil scratchpad. Gardez à l'esprit que chaque technologie nécessite ses propres limitations et défis d'intégration, que les sections suivantes détaillent.
MRAM intérieur: Commentaire magnétique La mémoire redéfinit la vitesse et l'endurance
Fonctionnement de la RAMM
Le SRAM stocke les bits en utilisant l'orientation relative des couches magnétiques dans une jonction de tunnel magnétique (MTJ). Un peu est représenté par Parallèle ou antiparallèle les états magnétiques qui changent la résistance électrique. Le changement est réalisé soit par des champs magnétiques (approches plus anciennes), soit par un couple spin-transfert / couple spin-orbite dans le MMAM moderne, permettant des cellules compactes et évolutives.
Principales forces et conséquences pratiques
Les principaux éléments de la RAMM sont pratiques et immédiatement réalisables:
- Haute endurance - Les cellules MRAM sont un très grand nombre de cycles d'écriture, ce qui les rend adaptés à des applications d'écriture fréquentes que la mise en cache ou l'enregistrement.
- Accès rapide - Approuver les latences de lecture/écriture DRAM dans certaines variantes de RRAM, ce qui permet une résistance à faible latence pour l'état critique.
- Modèle de puissance simple - car le RRAM n'est pas volontaire, les systèmes peuvent éliminer la logique de rafraîchissement complexe, simplifier le firmware et produire l'énergie en mode voile.
Pour les concepts, le SRAM peut être déposé dans les hiérarchies de mémoire existentes pour remplacer ou augmenter le flash NOR pour le stockage de code, ou pour agir comme un tampon persistant à faible latence. Les associations pratiques comprennent la compatibilité des processus avec les tissus CMOS et la gestion de l'énergie d'écriture dans les grands réseaux.
ReRAM Déballé: résistance à l'exploitation pour un stockage plus intelligent
Principe opérationnel
ReRAM stocke l'information en modifiant la résistance d'un matériau entre deux électrodes. Un filament conducteur est formé ou rompu par des impulsions à tension contrôlée, changeant la cellule entre des états de faible résistance et de haute résistance. Ce mécanisme permet de petites cellules et puissant de haute densité.
Où ReRAM Excels
ReRAM apporte un ensemble différent d'avantages pratiques:
- Potentiel de haute densité - les petites structures cellulaires permettent une densité de stockage compétitif, utile là où la surface est à un prix élevé.
- Tension négative d'écriture - certaines variantes ReRAM fonctionne à des tensions modestes, permettant une puissance périphérique plus faible.
- Capacité analogique et multiples - ReRAM peut soutenir des niveaux de résistance multiples par cellule, ce qui est attrayant pour l'informatique neuromorphe et le traitement en mémoire.
Les ingénieurs doivent noter que la variabilité et les processus de formation de ReRAM peuvent compliquer la conception du rendement et du contrôle. Le déploiement pratique nécessite une correction d'erreur robuste et des stratégies de gestion de l'écriture, surtout lors des niveaux de résistance multiple sont utilisés.
La bataille des souvenirs émergents: RAM vs ReRAM dans les applications du monde réel
La présente section compare les valeurs de SRAM et de ReRAM à l'aide de mesures de conduite d'application. Le tableau ci-dessous résume les attributs les plus pertinents que vous allez voir lors du choix entre eux ou la planification d'architectures hybrides.
| Contribution | MRAM | ReRAM |
|---|---|---|
| Endurance | Très élevé - approuvé pour les écrits fréquents | Modéré à élevé - frais du matériel et du conditionnement cellulaire |
| Latence | DRAM à faible approche pour lire et soutenir compétitif pour écrire | Faible à modifier - les conférences sont rapides, les écrits peuvent varier |
| Potentiel de densité | Moyen - amélioration de l'échelle avec des piles MTJ avancées | Une empreinte cellulaire élevée et petite permet des réseaux plus denses |
| Compatibilité du processus | Nécessite une intégration magnétique avec CMOS | L'intégration sera plus simple, mais le changement d'oxyde aura des études de processus |
| Forces uniques | Une endurance robuste et une non-volatilité rapide | Stock à plusieurs niveaux et possibilités neuromorphes |
Conseils pratiques pour les cas d'utilisation:
- Pour l'état persistant à faible latence (firmware, systèmes instantanés), MRAM est sous le meilleur justement.
- Pour le stockage à haute densité avec des utilisations analogiques potentiales, ReRAM Peut être préférable.
- Envisagez des approches hybrides: MRAM pour les métadonnées rapides et ReRAM pour les tampons persistants en vrac.
Quoi de neuf pour la mémoire non volatile: tendances, défis et impact de l'industrie
La trajectoire du RRAM et du RRAM sera faite par plusieurs tendances pratiques et réalisables que les ingénieurs et les gestionnaires de produits doivent suivre:
- Intégration avec calcul - le couplage plusétrait de la mémoire non volatile avec les processeurs réjugent le mouvement des données et peut entraîner des économies d'énergie importantes.
- Sophistication du contrôle - la correction d'erreur avancée, le nivellement d'usure et la gestion à plusieurs niveaux déterminant la vitesse d'adoption pratique.
- Normalisation - des interfaces et des normes de mémoire ouverte faciliteront l'adoption des écosystèmes; surveilleront les nouveaux organismes de normalisation et les alliances industrielles.
Les principes défient demeurant réalisables et réalisables grâce aux efforts d'ingénierie:
- Gérer la variabilité et le rendez-vous à l'église - exige des investissements dans les essais, l'atelier adapté et le contrôle des processus.
- Conception de logiciels et de firmware pour exploiter la résistance sans risquer la corruption de données - nécessite de nouveaux modèles pour les mises à jour atomiques et la force de puissance-safe écrit.
- Équilibrer les coûts et les avantages - l'option prévoit toujours de la question de savoir si les gains de puissance ou de performance au niveau du système justifient le coût des composants.
Prochaines étapes pour les équipes qui évaluent ces souvenirs:
- Exécutez une petite première de conception matérielle qui remplace un bloc non critique de NOR/EEPROM par du MMAM pour mesurer la puissance réelle et les gains de temps de démarrage.
- Prototype ReRAM comme support pour un accélérateur ML à faible précision pour mesurer les gains de précision du stockage en mémoire.
- Surveiller les feuilles de route des fournisseurs et demander des pièces d'éclairage côté pour évaluer l'endurance, la variabilité et le fardeau d'intégration.
Enfin, mettez l'accent sur la validation pratique: des tests sur banc mesurant l'énergie d'écriture par pération, la rétention sous les profils de température prévus et la résilience du micrologiciel à la force de puissance permanente de savoir si le MMAM ou le ReRAM offre de réels avantages sur le système dans votre contexte de produit. Utilisez le tableau et les listes ci-dessus comme liste de contrôle lors de la planification des évaluations.
