Цифровой журнал «Компьютерра» № 117

Работы в первом направлении ведутся давно различными производителями памяти, но все они пока упираются в дороговизну и неотработанность технологии. К примеру, технология SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) отличается от классической флэш-памяти тем, что плавающий затвор ячейки выполнен не из поликристаллического кремния, а из нитрида кремния (Si₃N₄), имеющего более однородную молекулярную структуру и потому способного лучше удерживать заряд. При этом слой диэлектрика может быть значительно тоньше, а напряжение записи — в несколько раз меньше. В современных образцах памяти SONOS, продвигаемых компаниями Philips, Spansion, Infineon и Qimonda, напряжение записи составляет от 5 до 8 В, а теоретическое число циклов записи/стирания достигает 100 миллионов, что в 1000-10000 раз выше, чем у обычной SSD.

Гораздо интереснее и многообразнее альтернативные технологии, причём некоторые из них могут появиться на массовом рынке значительно раньше «улучшенной» флэш-памяти.

Одна из самых необычных технологий — PRAM (Phase change Random Access Memory), то есть память с произвольным доступом на основе фазового перехода. В PRAM применяется тот же самый принцип, который используется в перезаписываемых оптических дисках CD-RW и DVD-/+RW. Носителем информации служит специальный материал, способный под воздействием температуры принимать одно из двух состояний: кристаллическое или аморфное. Однако в отличие от дисков, где имеют значение оптические характеристики материала в этих состояниях, здесь играет роль электрическое сопротивление, которое в кристаллическом состоянии слабое (логическая единица), а в аморфном — высокое (логический ноль).

Запись информации в PRAM осуществляется путём нагрева ячеек, а считывание — посредством измерения их сопротивления. Среди достоинств этой технологии — возможность записи информации без предварительного стирания (совсем как на «болванках», где для перезаписи достаточно стереть содержание, после чего можно записывать «поверх» старых данных), причём скорость записи может в сто раз превышать аналогичный показатель SSD-накопителей на флэш-памяти.

Микросхемы PRAM небольшого объёма (до нескольких десятков мегабайт) уже серийно производятся компаниями Hynix, Intel и Samsung и применяются в смартфонах и планшетах.

Ещё один альтернативный тип памяти, мелкосерийный выпуск которой уже начался, называется MRAM (Magnetoresistive random-access memory — магниторезистивная память с произвольным доступом). Основой ячейки памяти MRAM выступает магнитный туннельный переход, состоящий из двух магнитных слоёв, разделённых сверхтонким диэлектриком. Один из двух слоёв имеет фиксированный вектор магнитного поля, а у второго направление вектора намагниченности может изменяться под воздействием внешнего магнитного поля. Если векторы взаимно противоположны, то электрическое сопротивление ячейки высокое (логический ноль), если же они ориентированы в одном направлении, то сопротивление низкое (логическая единица).

Благодаря тому, что данные записываются в результате намагниченности, а не за счёт электрического заряда, они могут храниться более десяти лет без питающего напряжения, при этом отсутствует эффект износа, а число циклов записи/стирания практически не ограничено (более 10¹⁶). Время доступа MRAM составляет порядка наносекунды, а скорость записи примерно в тысячу раз превышает возможности флэш-памяти.

Магниторезистивная память уже порядка десяти лет (!) применяется в некоторых областях, например в космонавтике, но в ближайшее время вероятно её появление на потребительском рынке. В продвижении MRAM заинтересованы такие крупные игроки, как Hynix, IBM, NEC и Toshiba.

Интересные варианты долговременной памяти возможны и на молекулярном уровне. К примеру, память FeRAM (Ferroelectric RAM — ферроэлектрическая, или сегнетоэлектрическая, память с произвольным доступом) основана на возможности изменять распределение (поляризацию) атомов в ферроэлектрических материалах за счёт приложения внешнего электрического поля. В отечественной литературе принят термин «сегнетоэлектрик», по названию первого материала, где был открыт этот эффект, — сегнетовой соли.

Принцип работы FeRAM заключается в том, что при подаче напряжения на ферроэлектрик атомы в этом материале смещаются вверх или вниз, и изменяется электрическая проводимость, сохраняющаяся и после отключения тока. Чтение данных при этом производится довольно непривычным способом: управляющий транзистор подаёт напряжение, переводя ячейку в измерительное состояние "0". Если ячейка уже содержит логический "0", то сигнал не изменяется, если же в ячейке записана "1", то в результате смены поляризации на выходе возникнет короткий импульс, который и будет означать "1".