Yarı iletken hafızanın Evrimi: Neden Hız Maddeleri

Yarı iletken bellek cihazları modern dijital sistemlerin arka kemiğini oluşturur, akıllı telefonlardan ve dizüstü bilgisayarlardan hiper ölçekli veri merkezlerine ve özerk araçlara kadar son iki yılda, sürekli veri depolama arayışı hafızalarında atılımlar yaptı ve yüksek frekanslı ticaret talep alt-millisaniye geçleri, kapasitenin genişletilmesine geçiş yapmak için yarış daha da kritik olmamıştı.

Geleneksel hafıza hiyerarşileri - şaşırtıcı uçucu DRAM ve non-volatile NAND flaş - performans gereksinimleri ile hız tutmak için. DRAM hız sunar, ancak güç kaybı hakkında veri kaybederken, flash trades dayanıklılık ve son zamanlardaki gelişmeler için hız yazın.

Vakıflar: Yenilik Önce Bellek Manzarası

Bu atılımları takdir etmek için, yarı zamanlı hafıza mirasını anlamaya yardımcı olur. DRAM (dinamik rastgele erişimli bellek) on yıllardır ana bellekten gelen, on iki nanosaniye aralığındaki kullanım süresine erişim süreleri sunmaktır. Ancak, depolama tarafında, NAND flaşı - SSD'lerde, bellek kartlarında kullanılır - USB sürücüleri - provides-volatile bekletme ancak mikrosaniye aralığı ve sınırlı dayanıklılık açısından değersiz olmayanlar sunar.

Endüstrinin cevabı iki yönlüdür: NAND'ı geleneksel DRAM ve NAND arasında daha fazla dengeye itmek ve tamamen yeni hafıza paradigmalarını inceledik.DRAM'ın hızını flaşın olmamasıyla birleştirdik. Bu çabalar, geleneksel DRAM ve NAND arasında tatlı bir nokta kapsadi.

3D NAND Teknolojisi: Unlocks Influence and Speed

3D NAND teknolojisi yarı iletken hafızadaki en etkili yeniliklerden biridir. Rezor hücreleri yatay olarak (bu fiziksel ve elektriksel olarak nanometre ölçeklerinde zorlanır), üreticiler dikey tabakalarda bellek hücreleri. Bu yaklaşım, s.ografi kompleksleri olmadan dramatik bir şekilde azalır.

Mimari ve Performans Faydaları

3D NAND serisinde, şarj-trap hücreleri, 50 mikrosaniye altında değişen kanallarda düzenlenir ve daha erken planlayıcı NAND'dan daha hızlı ölçeklendirmek için veri yolları daha verimli bir hata düzeltmesi ve geç seviyeleme, genel dayanıklılık geliştirmektir.

Endüstri liderleri, [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

Meydanlar ve Ticaret-offs

Avantajlarına rağmen, 3D NAND, üretim karmaşıklığına karşı karşıyadır. Her ek katman, süreç adımlarını, aşırı miktarda cep telefonuna (QLC ve PLC) daha fazla dayanıklılık ve hıza kadar uzanan geniş bir mimariyi keşfeder.Bu nedenle, 3D NAND, bugün yüksek performanslı depolama için baskı olmayan hafızayı araştırıyor.

Aşama Değiştiri Bellek (PCM): Bir Hücrede Hız ve Persistlik

Faz değişikliği hafıza bir koralkogenid camı (örneğin Ge2Sb2Te5) ısıyı uygulama yoluyla morfolojik ve kristal devletler arasında geçiş yapılabilir. kristal devlet, ancak bir morföz devletin yüksek direnci temsil ederken, “0” çünkü devlet değişikliği çok hızlı - on iki nanosaniyenin siparişi ile DRAM'a karşılaştırılabilir hızları alabilir ve yazabilir.

Flash Memory üzerinde Avantajları

PCM birkaç çekici avantaj sunuyor. İlk olarak, yazı dayanıklılık 10.8'e 10.12 döngüye ulaşabilir, çok fazla NAND'ın notu. İkinci, PCM hücreleri biraz daha tutarlı, yani bireysel bitler hafızada tüm blokları silmeye gerek kalmadan yeniden yazılabilir. Bu yavaşlar flaşı ortadan kaldırır. Hız ve dayanıklılık kombinasyonu PCM'nin depolama sınıfı hafıza uygulamaları için ideal hale getirir -örneğin, kalıcı bir önbellek olarak veya bir bellek-stopanz sürekliliği olarak.

PCM'nin en önemli ticari uygulaması, DRAM'ın ancak sınırlı kabul ve yüksek maliyet nedeniyle 3D XPoint teknolojisini kullanan Intel'in Optane hafızasıydı.[0] ve DRAM ile rekabet etmek için gecikmiş olan 3D XPoint teknolojisi (PCM'nin özel bir formu) ile PCM'nin kapatılmasına izin veren ve yüksek maliyetle birlikte, şirketlerle yapılan çalışmalarla birlikte 4 °C'ye kadar yapılan çalışmalarla birlikte, DRAM'a kadar düşük seviyedeki cep telefonuna sahip olan 4D değeri (D) son derece yüksek çözünürlükte.

PCM Uygulamaları

PCM özellikle yüksek gecikme ve düşük gecikmeli hızların önemli olduğu sektörlerde çekicidir: in-memory databases, gerçek zamanlı finansal ticaret, AI inference önbellekleri ve sürekli veri satan endüstriyel IoT cihazlar.DRAM-like hızlarda yazma ve verileri uzun süre tutma yeteneği (daha yüksek sıcaklıklarda bile) PCM, her iki DRAM ve NAND'yi değiştiren tek bir teknoloji.

Gelişen Memory Technologies: Ferroelektrikler, Spintronics ve ReRAM

PCM'nin ötesinde, araştırmacılar, daha düşük güç ve daha yüksek hızlara söz veren birkaç yeni bellek konseptine aktif olarak devam ediyorlar. En umut verici üç tanesi ferroelektrik RAM (FeRAM), magnetoresistif RAM (MRAM), ve direnç RAM (ReRAM)

Ferroelektrik RAM (FeRAM)

FeRAM ince bir ferroelektrik filmi kullanır (tipik olarak PZT, 10.10'un üzerinde dayanıklılık ile karşılaştırılabilir) çünkü kutuplaşma uygulanan elektrik alanına yanıt verir. Polarizasyon devletler 45 nm altında ölçeklenebilir, ancak son zamanlardaki atılımlar sunar.

Magnetoresistive RAM (MRAM)

MRAM, iki tabakanın göreceli mıknatısını değiştiren manyetik tünel kavimlerinde veri depolar. Spin-transfer tok (STT-MRAM) bazı mikro kontrollerde (örneğin, ücretsiz katmanlar için geçerli olan bir sürümdür.[Döneticileri değiştir) DRAM (2-10 ns yaz aylarında parlatılır), sınırsız dayanıklılık ve iyi tutma teknikleri, bazı mikro kontrollerde gömülü olarak kullanılır.

Diren RAM (ReRAM)

ReRAM (ayrıca memristors) 10 ns altında çalışır ve iletken bir filamentler oluşturur), onları yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte gösteren bir sistemdir.

Data Storage'a Etkisi: Sistemleri ve İş Yüklerini Dönüştürmek

Bu hafıza yeniliklerinin her biri daha geniş bir trende katkıda bulunur: hafıza-storage hiyerarşisinin düzleştirilmesi, disk ve RAM arasında yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş, PCM gibi hızlı anılar, 3D XPoint veya MRAM, veri tek bir yüksek hızlı tier kalabilir, I/O şişenecks.

Bulut ve Hyperscale Data Centers

Amazon Web Services, Google Cloud ve Microsoft Azure gibi hiper ölçekli kişiler, veritabanını hızlandırmaya yönelik depolama- sınıf hafızalarını dağıtıyor. Örneğin, PCM'yi kalıcı bir yaz tamponu kullanarak, işlemlerin neredeyse% 10 × 3'e kıyasla 10 ×'a kıyasla, ikinci başına daha fazla işlem sağlıyor.Bu avantajlar [Dönemli mağazalardan ve analizler için 3Döneticileri ve 3D 5D'lik bir akışla bütünleştirin.[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) tarafından yapılan bir çalışma, işlemden neredeyse% 40'a kadar bir süre sonra silinen küçük bir paketle birlikte 3DDDDDDDDDDDDDDDDDDDWW'ye kadar bir araya getirilmesini geri yükleme işlemine ekledi.

Yapay Zeka ve Makine Öğrenme

AI iş yükleri hafıza yoğundur: büyük ölçekli derin öğrenme modelleri, yüksek çözünürlükte parametrelerin stoklarını gerektirir ve genellikle bellek bant genişliğine şişeler sağlar. Hızlı hafıza yarı iletkenliği daha büyük bir yığın için boş zaman sağlar. Örneğin, Samsung'un SWT:0HBM-PIM) Bu özellikle de güç çevrimleri arasındaki model parametrelerini korumak için önemlidir.

Mobile and Consumer Electronics

Akıllı telefonlar ve tabletler UFS (Universal Flash Storage) şeklinde daha hızlı bellekten faydalanır (UFS 3.1'den UFS 4.0'a geçiş ([DD:0)))) ZOR standart) iki katına çıkar.

Future: Scaling, Entegrasyon ve Maliyet Meydanları

İlerleme etkileyici olsa da, yol önümüzdeki engeller olmadan değildir. 10 nm ötesindeki Scaling her iki şarj tabanlı ve alternatif hafıza teknolojileri için zor olmaya devam etmektedir. 3D NAND için, katman sayısı 600+'ye kadar 2028'e ulaşmak bekleniyor, ancak termal ve mekanik stres limit performansı sınırlandırabilir. PCM için, yüksek programlama (~100 μA per cell) MRAM veya ReRAM ile mobil kullanım için rekabet etmek gerekir.

Neyse ki, endüstri akıllı çözümler peşindedir.DRAM ve SCM'yi tek bir Interposer ile birleştirir (örneğin, 2.5D ve 3D entegrasyonu).En düşük güç hafıza hücreleri kullanımı ) algoritmaları optimize etmek ve tüm hafıza türlerinde dayanıklılık artırmak için, grafikleren ve geçiş-metal dichalcogenides vaat ultra-thin, düşük güç bellek limitleri ile karşı karşıya kalabilir.

Sonuç: Data Storage için Yeni Bir Çağ

Yarı zamanlı bellek cihazlarının inovasyonları, veri depolamasında neyin mümkün olduğunu yeniden tanımlamaktır. 3D NAND'ın DRAM benzeri PCM'nin hızına ve ortaya çıkan FeRAM'a, MRAM ve ReRAM'a, manzara daha hızlı, daha dayanıklı ve daha verimli çözümlere doğru değişiyor.Bu, mevcut hafızanın yoğunluğuna sadece daha hızlı versiyonlarını değil; tamamen yeni bir bilgisayar mimarisine – dikkat çeken bellek havuzlarına ve yüksek çözünürlükte olan dijital bağlantı kurma imkânı sağlar.