Phase change memorija

Promena fizičkog stanja materijala, kao kod optičkih medija, mogla bi da bude recept za radnu memoriju budućnosti

Philipsov inženjer meri brzinu prototipa phase change memorije

Jedna od ideja za skladištenje informacija u memorijama budućnosti zasniva se na kontroli smera okretanja elektrona u atomu (spin) kao načinu zapisa nule ili jedinice. Naziv ove tehnologije je spinotronics, ali za sada su praktična rešenja prilično daleko.

Druga tehnologija budućnosti, i to možda i ne tako daleke, jeste tehnologija promene faze materijala (phase change) u cilju memorisanja podataka. Kod nje se vrši promena fizičkog stanja medija, slično kao kod sadašnjih optičkih medija kod kojih se mikroskopske čestice materijala tope ili kristalizuju u roku od nekoliko mikrosekundi, zavisno od toga da li se na željenom delu zapisuje nula ili jedinica. Kod pomenutih medija promena stanja materijala vrši se pomoću lasera, kao i očitavanje podataka, pošto se u ovom slučaju koristi osobina medija da reflektuje svetlost na različite načine u zavisnosti od svog stanja.

Međutim, ono što je potrebno da bi se tehnologija phase change primenila u proizvodnji klasičnih memorija jeste da se stanje materijala menja promenom napona umesto korišćenjem lasera. Kod do sada najčešće korišćenih materijala za promenu stanja phase change materijala putem električnog napona bio je potreban veoma veliki napon koji je korišćen da se memorijske ćelije zagreju do temperature koja je potrebna da materijal promeni stanje iz amorfnog u kristalno ili obrnuto. Dodatni problem u ovom slučaju je i to što promena stanja jedne ćelije ne sme da izazove smetnje u susednim ćelijama, što je uvek problem koji se javlja kada se radi o velikim naponima.

A procesori? Od šezdesetih godina do početka novog milenijuma proizvođači procesora (i ostalih čipova) pratili su put definisan čuvenim Murovim zakonom, jednostavno poboljšavajući performanse čipova smanjivanjem dimenzija tranzistora na njima, a potom i povećavajući broj tranzistora na površini čipa. Murov zakon, koji je dobio ime po Gordonu Muru (Gordon Moore), suosnivaču Intela, predviđa da inženjeri svake dve godine dupliraju broj tranzistora na površini čipa, smanjujući dimenzije tranzistora, obezbeđujući tako porast performansi. Performanse rastu iz jednostavnog razloga što se rastojanja između tranzistora smanjuju, skraćujući put koji elektroni moraju da pređu, a istovremeno porast broja tranzistora omogućava implementiranje novih funkcija u čipove. Međutim, kako Intelovi stručnjaci tvrde, proizvodnja čipova kakvu sada poznajemo u narednim godinama moraće da se bazira na potpuno drugim tehnologijama i materijalima. Po njihovim tvrdnjama, već zalazimo u period u kojem će se tranzistori napravljeni od silicijuma polako zamenjivati hibridnim tranzistorima baziranim na ugljeničnim nanocevima (carbon nanotubes) ili silicijumskim nanožicama (silicon nanowires). Predviđa se da će silicijum i dalje ostati substrat na kojem će se praviti nove vrste tranzistora, ali će oni biti potpuno drugačiji od onih koje poznajemo. Godina koja će verovatno biti kraj hibridnih tranzistora jeste 2020, kada se očekuje da će tranzistori dostići veličinu od samo nekoliko atoma, te će dalje smanjivanje biti nemogućno. Tada će morati da se pribegne potpuno novim tehnologijama, a za neke od njih već postoje ideje i eksperimentalna rešenja.

Kompanije koje su lideri u istraživanju tehnologije phase change memory su Philips, Intel, ST Microelectronics i Elpida Memory, a sve one su morale da dobiju licencu za bavljenje ovom tehnologijom od američke kompanije Ovonyx koja se decenijama bavi ovom problematikom. Po svemu sudeći, najveći uspeh postigao je Philips koji je očigledno umeo da iskoristi svoje bogato iskustvo stečeno u proizvodnji CD i DVD medija koji rade po principima veoma sličnim onima kod phase change memorije.

Philips je u aprilskom broju naučnog časopisa „Nature Materials” prvi put objavio detalje o svom dostignuću. Podaci su više nego impresivni i obećavaju revolucionarnu tehnologiju koja će biti primenjiva na sve vrste memorije. Philips objavljuje da je tim njegovih istraživača pronašao materijal kod kog je za promenu stanja potreban veoma nizak prag napona. Radi se o dopiranom antimon-teluru, a jačina električnog polja potrebna za promenu njegovog stanja je 14 volti po mikrometru. Kako se smanjenjem veličine memorijskog elementa smanjuje i napon potreban da mu se promeni stanje, dolazi se do napona od svega 0,7 V potrebnog za promenu stanja vlakna materijala dužine 50 mikrometara, što je prihvatljiva vrednost koju će budući čipovi bez problema obezbediti. Pojedinačne memorijske ćelije međusobno su izolovane tankim slojem silicijum-dioksida koji relativno slabo provodi toplotu tako da se time sprečavaju interferencije između susednih ćelija i dobija dodatna sloboda za izbor materijala od kojeg se mogu praviti elektrode.

Još jedna dobra strana Philipsove tehnologije je i brzina. Na prototipu ovog proizvođača vreme potrebno za promenu stanja jedne ćelije je 30 nanosekundi, što je 100 do 200 puta brže od standardnih fleš memorija. Zašto je poredimo sa flešom? Zbog još jedne sjajne osobine ove memorije: jednom upisana vrednost ostaje trajno zapisana u ćeliji i posle isključenja napajanja, kao kod fleša (non-volatile memory). Sve ovo predstavlja upravo ono o čemu proizvođači memorija odavno sanjaju: memoriju sa gustinom pakovanja koja može da se poredi sa sadašnjim DRAM memorijama, brzinom koja dostiže SRAM memorije i trajnošću zapisa koja je do sada postojala samo kod fleš memorije.

Lista prednosti phase change tehnologije ovde se ne završava. Za razliku od svih revolucionarnih tehnologija koje zahtevaju potpuno drugačiji proizvodni proces, da bi se ova tehnologija primenila u proizvodnji jeftinih memorija, potrebno je u litografski postupak uvesti svega jedan ili dva dodatna koraka i dobija se memorija koja kombinuje najbolje osobine svih koje su do sada korišćene.

Sigurno je da najava jedne ovakve tehnologije u svima nama budi maštu i velika očekivanja, ali, kao i uvek, sačekaćemo da vreme još jednom pokaže ostvarljivost i praktičnu primenjivost nečeg tako obećavajućeg.

Dejan STEFANOVIĆ