Silicon Taiga: Революция в области компьютерной памяти

Группа исследователей Университета штата Северная Каролина разработала новое устройство хранения информации, компьютерной памяти, которая сочетает в себе преимущества большой скорости доступа динамической памяти DRAM и энергонезависимость хранения данных, подобно Flash-памяти. Разработка новой памяти позволит во существенно снизить потребление электроэнергии , что особенно важно в случае малогабаритных мобильных устройств и крупных дата-центров, позволяя отключать части системы во время периодов их бездеятельности без страха потери данных.

Структура полевого транзистора с плавающим затвором

Новое электронное устройство называют полевым транзистором (field effect transistor, FET) с двойным плавающим затвором. В единственном лице ячейки памяти на основе таких транзисторов комбинируют наилучшие свойства двух совершенно различных типов компьютерной памяти. Энергонезависимая память, широко используемая сейчас в картах памяти и Flash-накопителях, позволяет сохранять данные после того, как прекращена подача электроэнергии к устройству. А динамическая память DRAM, устанавливаемая на разъемы материнских плат, обладает очень высокой скоростью записи и чтения данных, но требует постоянного "вливания" энергии для обеспечения сохранности данных в течение длительного времени.

Новый FET-транзистор хранит данные в виде электрического заряда и использует специальный управляющий затвор для обеспечения скорости доступа к хранимым данным. Принимая во внимание то, что современная Flash-память построена ба базе транзисторов с единственным плавающим затвором, позволяющим долгосрочное сохранение заряда, новый транзистор так же оборудован подобным плавающим затвором, придающим новой памяти способность долгосрочного и энергонезависимого хранения данных.

Состояние транзистора определяется пороговым значением напряжения на этом транзисторе, изменяя его можно перевести память в режим быстрого доступа или в режим энергонезависимого хранения данных. Структура нового транзистора позволит создавать на его базе ячейки памяти, размером в 16 нм. Но, помимо этого, расположение этих ячеек может быть трехмерным, в отличие от современной памяти, где ячейки располагаются в виде двухмерного массива, находящегося на поверхности полупроводникового кристалла. Трехмерное расположение ячеек памяти становится возможным благодаря использованию изолирующих и соединительных слоев, состоящих из аморфного полупроводника индий- галлий- цинк-оксид, который в ряде применений показывает лучшие результаты, чем аморфный кремниевый полупроводниковый материал.

Двойственная природа новой памяти, по мнению разработчиков, позволит появиться компьютерам, которые будут загружаться только один раз, при первоначальном включении, при смене или обновлении операционной системы. Все последующие включения будут происходить моментально, ведь не будет требоваться длительного процесса считывания данных с жесткого диска и развертывания операционной системы в памяти. Сервера, выполняющие множество фоновых задач, смогут активировать или деактивировать необходимые участки памяти по мере необходимости, что приведет к существенной экономии энергии в дата-центрах, ведь существующие компьютеры должны для сохранности данных в оперативной памяти держать ее постоянно включенной попусту нагревая воздух.