Zmiennofazowy przełom
W laboratoriach IBM-a dokonano przełomowego postępu na drodze do stworzenia praktycznych pamięci zmiennofazowych (PCM). Ekspertom Błękitnego Giganta udało się przechować przez dłuższy czas wiele bitów informacji w pojedynczej komórce pamięci. To z kolei daje nadzieję, że za około 5 lat PCM zaczną się upowszechniać.
Naukowcy z laboratoriów w Zurichu opracowali nową technikę modulacji, która toleruje samoistne zmiany oporności, co w dłuższym czasie prowadzi do błędów odczytu danych. Dotychczas udawało się stabilnie przechowywać tylko pojedynczy bit danych w komórce.
W PCM dane przechowywane są dzięki zmianie oporności, do której dochodzi podczas zmiany fazowej materiału z krystalicznej w amorficzną. Materiał umieszczony jest pomiędzy dwiema elektrodami. Przepuszczenie przez nie prądu powoduje podgrzanie materiału i zmianę fazy. Ponadto, w zależności od przyłożonego napięcia, można decydować, jaka część materiału przejdzie zmianę, co z kolei bezpośrednio wpływa na oporność poszczególnych komórek pamięci.
Właściwość tę wykorzystali naukowcy IBM-a, którzy podczas swoich eksperymentów użyli czterech różnych poziomów oporności do przechowania czterech kombinacji bitów - 00, 01, 10 i 11. Mogli to osiągnąć, dzięki ulepszeniu procesu odczytywania i zapisywania danych. Aby uniknąć niepożądanych różnic w oporności, spowodowanych budową komórki czy niedoskonałościami materiału, opracowali sposób płynnego manipulowania napięciem w zależności od założonego efektu.
- Przykładamy napięcie bazując na odchyleniach od zakładanego poziomu i wówczas mierzymy oporność. Jeśli wymagany poziom oporności nie został osiągnięty, impuls elektryczny jest wysyłany ponownie i znowu mierzymy oporność. Powtarzamy to tak długo, aż osiągniemy jej wymagany poziom - mówi doktor Haris Pozidis, dyrektor Memory and Probe Technologies w IBM Research.
Pomimo używania takiej techniki, największe opóźnienie w zapisie danych wyniosło około 10 mikrosekund, co oznacza, że w najgorszym wypadku zapis danych w PCM jest 100-krotnie szybszy niż w pamięciach flash.
Z kolei aby bezbłędnie odczytać dane po dłuższym czasie konieczne było poradzenie sobie ze zmianami oporności, jakie zachodzą w materiale amorficznym. Ze względu na budowę atomową takiego materiału, jego oporność z czasem rośnie, co wywołuje błędy w odczycie danych. Eksperci IBM-a opracowali technikę kodowania odporną na te zmiany. Wykorzystuje ona fakt, że właściwości komórek z danymi nie zmieniają się w czasie względem innych komórek o innej oporności.
Dzięki temu byli w stanie odczytać po dłuższym czasie dane z 200 000 komórek pamięci zmiennofazowej wykonanej w technologii 90 nanometrów. Testy trwały pięć miesięcy, dowodząc możliwości długotrwałego wiarygodnego przechowywania danych.
Mariusz Błoński
