Новые и перспективные типы памяти

В мире цифровых технологий существует несколько видов памяти, используемых в системах хранения данных (компьютерах, серверах и других устройства). Самые распространенные среди них: SSD-память (NAND и NOR), оперативная память DRAM и SRAM. Реже используется HDD-память, которая постепенно отходит от использования в компьютерных устройствах, но все еще остается актуальной для некоторых систем хранения данных.

Ученые уверены, что распространенные виды памяти приближаются к пределам своего технологического развития. И вскоре их функциональность и запас емкости станут ограниченными. Уже постепенно на смену им приходят перспективные типы памяти, о которых многие и вовсе ничего не слышали.

Голографическая память

Голографическая память вскоре может стать альтернативой флэш-накопителям. Фотохромные пленки из двуокиси титана и серебряных наночастиц могут содержать в себе кратно больше информации, нежели какой-либо из текущих распространенных носителей. Запись на специальные пленки осуществляется при помощи лазерного луча с разной длиной волны, что позволяет параллельно записывать несколько голограмм с данными. Однако пока что подобная технология не рациональна из-за того, что информация повреждается с голограмм под воздействием ультрафиолета.

Молекулярная память

Молекулярная память основана на принципе сохранения данных с применением молекул протеина. Для записи данных требуется специальные оптический прибор - световой модулятор, который генерирует лазерные лучи, проникающие в молекулу через специальный полиакридный гель. Подобный элемент способен хранить 4096х4096 ячеек данных, но пока что такой новый тип памяти слишком сложный в массовом производстве. Он пока что проходит многочисленные исследования. 

Память на графеновых квантовых точках

Еще в 2014 году был создан первый прототип флэш-накопителя на графеновых квантовых точках. Тогда исследователи использовали несколько наночастиц квантовых точек, которые поместили между двуокиси кремния. Полученная энергонезависимая память на графеновых квантовых точках имеет хорошие перспективы дальнейшего массового производства и коммерческого применения. 

MRAM

Магниторезистивная память начала разрабатываться еще в 90-х годах. Ранее предполагалось, что она заменит привычную оперативную память и войдет в стандарт для всех типов устройств. Конструкция MRAM представляет собой два магнитных элемента памяти с прослойкой в виде изолята. За счет изменения состояния магнитного поля и осуществляется хранение, записывание и чтение данных. Однако пока что подобный тип памяти слишком дорогой в производстве, а также недостаточно эффективный.

STT-MRAM

Магниторезистивная память с переносом момента спина является более современным вариантом исполнения памяти MRAM, которая описана выше. Формально, технология записи и считывания у этой более инновационной технологии не отличается от MRAM. Однако за счет использования наведенных спинами токов удается достичь большей экономии энергии и приблизить технологию к показателям DRAM и SRAM.

Память с изменяемым фазовым состоянием PCM

Данная технология известна еще с 60-х годов, когда были исследованы возможности халькогенидной пленки. Этот материал активно применяется при покрытии оптических дисков. Однако в производстве дисков используются электрические свойства материала, а в памяти с изменяемым фазовым состоянием PCM - оптические. Это позволило создать элемент с изменяемым фазовым состоянием, большей вместимостью и производительностью. Но пока что данная технология считается слишком сложной в производстве.

Ферроэлектрическая память FRAM

Данный тип памяти подразумевает применение ферроэлектрической ячейки. По быстродействию она напоминает стандартную и привычную нам оперативную DRAM. Каждая ячейка памяти во FRAM состоит из n-p-n транзистора и конденсатора. А непосредственным хранителем битов информации являются свойства поляризации ферроэлектрической субстанции. 

Эта технология сегодня применяется более широко, чем ее аналоги. Разработчиком такого типа RAM является компания Ramtron International. 

Халькогенидная память PCRAM

Этот тип памяти подразумевает возможность нахождения хранителя информации в двух состояниях: аморфном и кристаллическом. Так называемая “совершенная” память имеет низкую себестоимость. А за счет трехмерной структуры удается достичь ее высокой плотности, разместив больше ячеек на чипе. 

Рабочие прототипы PCRAM были разработаны еще в 2008 году, и по сей день продолжаются исследования компаниями IBM, Infineon, Samsung, Macronix. Вероятно, вскоре будет запущен массовый процесс производства чипов данного типа для хранения данных. 

Резистивная память ReRAM

Возможно, в скором времени резистивная память сможет заменить нынешнее поколение HDD или SSD-накопителей. Основой такой памяти является элемент под названием мемристор, у которого не изменяется величина электрического сопротивления даже после приложения тока. Внутри элемента образуется мостик из ионов металла, который и выступает передатчиком. Подобной технологией сегодня занимается несколько компаний, включая Panasonic, Fujitsu, известный западный стартап Crossbar, а также HP, Western Digital и 4DS. 

Оперативная память на нанотрубках

Есть еще одна технология, которая применяется в сфере производства элементов хранения данных. Речь идет о карбоновых нанотрубках. На данный момент подобное решение больше подходит для использования в качестве оперативной памяти. За основу системы взят не принцип изменения физических и химических свойств металлов, а наномеханические принципы. Однако других подробностей об этой технологии нет и пока что она не перешла из стадии исследований к массовому производству.

SCM-память

Энергонезависимая память типа Storage Class Memory сегодня применяется достаточно широко, пройдя этап тестов и исследований к массовому производству. Хранилища этого типа подключаются к материнской плате компьютерных или серверных устройств при помощи PCIe-шины. Это значительно снижает скорость передачи данных и ускоряет обмен данными. 

Основными разработчиками этой технологии стали инженеры компаний Intel и Micron. И специалистам действительно удалось добиться увеличения производительности, сократив время отклика практически в два раза. 

Уже сейчас хранилища типа SCM применяются в сферах, где требуется моментальная обработка данных: биржевой трейдинг, облачные сервисы совместной работы, системы бронирования, приложения с Big Data и подобное.

QLC-память

Название QLC означает “четыре ячейки”. Это один из типов оптимизированной флэш-памяти NAND, которая имеет повышенную производительность за счет хранения четырех битов в каждой ячейке. Однако за счет повышения количества битов возрастает и сложность работы системы. Из-за этого надежность накопителей этого типа пока что недостаточно высота. И накопители имеют запас прочности всего около 1000 циклов записи и стирания против 100 000 таких циклов у флэш-накопителей.

Цифровые технологии с каждым годом развиваются и сложно предсказать, в каком направлении произойдет скорый прорыв. Однако можно быть уверенным, что революция в типах памяти действительно скоро произойдет.