Naukowcy z Północnej Karoliny wynaleźli nową uniwersalną pamięć

Badacze z uniwersytetu stanowego w Północnej Karolinie wynaleźli nowy typ pamięci działący w oparciu o podwójną bramkę, zbudowany na bazie tranzystorów polowych, mogący spełniać jednocześnie funkcję pamięci typu ulotnego, jak i nieulotnego.

Naukowcy, którzy wynaleźli nowy typ pamięci wróżą jej wiele dobrego. Zakładają, iż jeśli uda się zbudować działający prototyp nowego typu pamięci, może on zostać zaadaptowany przez przemysł i zastąpić pamięci DRAM oraz flash. Miałoby to mieć miejsce dlatego, iż nowa pamięć może działać zarówno jako pamięć ulotna, jak i stała.

Najpopularniejszym obecnie typem pamięci o dostępie swobodnym jest DRAM, czyli Dynamic Random Access Memory. Jest to pamięć dynamiczna, co oznacza, że musi być odświeżana, w przypadku tych najnowszych cykl ten odbywa się miliony razy na sekundę. Taki stan rzeczy powoduje, iż obecne pamięci RAM potrzebują stałego zasilania dla całego układu, a nie tylko wykorzystywanej części kości RAM. Każda komórka takiej pamięci zbudowana jest z pary – tranzystora i kondensatora. Tranzystor odpowiada za odczyt i zapis, natomiast kondensator za przechowywanie bitu w komórce. Kondensator ma jednak tę właściwość, iż rozładowuje się, dlatego co określony cykl czasu (16 milisekund) wartość jest odczytywana i odświeżana, jeśli nie ma zmian, bądź zmieniana, jeśli następuje zapis. Nowy typ pamięci działa w inny sposób, łącząc cechy pamięci stałej i pamięci ulotnej, dzięki czemu zasilania wymaga jedynie część układu wykorzystywana w danej chwili.

Pamięć RAM umożliwia dostęp swobodny, tzn. w dowolnej chwili czasu odczytana lub zapisana może być dowolna zdefiniowana komórka pamięci. Tą cechą różni się ona od pamięci typu SAM. Nieulotna pamięć RAM nie jest niczym nowym – powstało już kilka tego typu technologii, jednak nie były one idealne, a z powodu swoich wad nie zostały zaimplementowane do głównego nurtu urządzeń elektronicznych przez przemysł. PRAM (Phase Change RAM), pamięć zbudowana w oparciu o nośnik krystaliczny, z elementów czyniących ją podobną do płyt typu CD-RW, jest zbyt droga w produkcji, zbyt mocno się nagrzewa oraz oferuje zbyt małą trwałość i szybkość działania. Pamięć MRAM (Magnetoresistive RAM), w której zapis polega na przemagnesowaniu miękkiego materiału magnetycznego przez płynący prąd, co powoduje zmianę rezystancji złącza, a odczyt dokonywany jest właśnie przez pomiar tej rezystancji, pomimo szybkości działania porównywalnej do pamięci DRAM, jest podobnie do PRAM zbyt droga w produkcji oraz rozmiary elementarnej komórki tego typu pamięci są zbyt duże. Poza tym, jest niezgodna z CMOS, tak samo jak pamięć FRAM (Ferroelectric RAM), w której odświeżanie pamięci jest kłopotliwe oraz rozmiar pojedynczej komórki nie jest wystarczająco mały.

Wyjątkowość nowego typu pamięci polega na jej dwuwarstwowej budowie. Pierwsza warstwa jest ulotna – w przypadku jej wykorzystania należy ją odświeżać podobnie jak komórki pamięci DRAM. Jednakże poprzez podniesienie napięcia w komórce, dane w postaci elektronów przechodzą do drugiej warstwy, która działa jak pamięć stała. Zatem w przypadku bezczynności komputera, odpowiedni kontroler będzie mógł wykryć, która część pamięci jest obecnie niewykorzystywana i przenieść ją do drugiej warstwy, by wartości danych komórek nie musiały być odświeżane. Zmniejsza to zapotrzebowanie pamięci na energię elektryczną, co z pewnością zostanie docenione w produkcji smartfonów i komputerów przenośnych.

Kolejną zaletą nowych pamięci miałaby być większa wytrzymałość. Obecne pamięci typu flash (pamięć stała) wytrzymują około 10 000 cykli odczytu/zapisu z powodu wysokiego napięcia (zazwyczaj 10 do 13 Volt), jakiego potrzebują do działania. Nowe pamięci działają na niższym napięciu, dzięki czemu spodziewana jest znacznie dłuższa żywotność.

Obecnie trwa faza testowania działania tego typu pamięci. Naukowcy mają nadzieję, iż już w przyszłym roku uda się dostarczyć nową technologię do fabryk.