Память и хранилище. Часть 2. Новые технологии памяти

Опубликовано: 23 Марта, 2023

Память и хранилище. Часть 3. Спецификации шины

подпишитесь на информационный бюллетень WindowsNetworking.com, посвященный обновлению статей в реальном времени

В моей последней статье я объяснил вам, как работают некоторые из наиболее распространенных технологий хранения в памяти. Все эти технологии нашли свое место в современной типичной сети. В этой статье я расскажу о технологиях, которые еще не нашли широкого распространения. В некоторых случаях эти технологии все еще находятся только в лабораториях, в других случаях продукты, доступные сегодня, не полностью отражают потенциал этой технологии.

Молекулярная память

Так что же не так с технологиями хранения данных, описанными в моей предыдущей статье? Ну ничего. Мотивация для разработки новых технологий хранения данных в памяти заключается в том, что мы быстро достигаем пределов того, насколько маленькими и насколько быстрыми мы можем сделать эти вещи, в то время как пользователям требуется большая емкость и лучшая производительность. Скоро потребуются новые технологии. Это технология молекулярной памяти? Может быть. Что делает молекулярную память привлекательной, так это то, что даже большие молекулы очень малы и могут обеспечить плотность памяти, во много раз превышающую существующие технологии.

Удержать биту в молекуле, в теории, довольно просто. Вы просто добавляете или вычитаете электроны из молекулы. Трудная часть — это чтение и запись битов. Вы не можете точно иметь медную проволоку, ведущую к молекуле; разница в размерах будет тормозить.

Чтобы получить доступ к молекулам для чтения и записи, некоторые исследователи размещали массивы молекул вокруг крошечных нанотрубок, способных нести электрический заряд. Этот метод показан ниже на рисунке 1. Другие исследователи пытаются манипулировать битами с помощью радиоволн. Вы сказали радиоволны? Абсолютно. Круто а! Они делают это, создавая электромагнитный импульс определенной частоты, который изменяет заряд молекулы. Затем для чтения битов создается еще один импульс другой частоты. Эффект, который молекула оказывает на этот второй импульс, может сказать вам, что первый импульс сделал с молекулой, что позволит вам сохранить, а затем прочитать немного.

Фигура 1:
Схема устройства молекулярной памяти с сайта www.psu.edu

Как видите, молекулярная память имеет большие перспективы для обеспечения пользователя большой плотностью памяти. В настоящее время молекулярная память все еще находится в лабораторной стадии, поэтому нам всем придется подождать несколько лет, чтобы узнать, что эта технология действительно может сделать для нас.

Память смены фаз

В отличие от молекулярной памяти, память фазового перехода доступна уже сегодня. На самом деле технология памяти с фазовым переходом существует уже несколько десятилетий. В 1960-х Стэнфорд Овшинский изобрел способ кристаллизации аморфных материалов, то есть материалов без кристаллической структуры.

Как упоминалось в моей предыдущей статье, CD-R и CD-RW работают с помощью лазера, изменяющего непрозрачность небольшой области на диске. Что изменяет непрозрачность, так это тот факт, что материал меняется с аморфного на кристаллический или наоборот. Это та самая технология, которую изобрел Овшинский. Овшинский действительно сделал прототип CD-RW в 1970 году!

Разница между технологией CDR и технологией изменения фазы заключается в том, что при использовании памяти с изменением фазы кристаллическое состояние небольшой области изменяется электрическим током, а не лазером. Поскольку мы не используем лазеры для чтения и записи данных, мы имеем в виду не непрозрачность области, а скорее ее удельное сопротивление. Как только область изменяется либо на кристаллическую, либо на аморфную, можно измерить удельное сопротивление области, и в зависимости от величины удельного сопротивления область считается равной «1» или «0».

В качестве примечания: теперь вы должны увидеть, что удельное электрическое сопротивление действительно очень похоже на непрозрачность. Там, где резистивный материал не пропускает много электричества, а непрозрачный материал не пропускает много света. Вы также должны знать, что непрозрачные материалы на самом деле отражают свет. Вы можете не осознавать, что резистивные материалы также отражают свет. Точнее, импеданс материала, отражающего электричество. Сопротивление — это один из аспектов импеданса; остальные - емкость и индуктивность. Во многих приложениях ограничение этого отражения за счет согласования импеданса является основным проектным соображением.

Память с фазовым переходом может заменить флэш-память всего за несколько лет. Как это соотносится со вспышкой? Как и флэш-память, память с фазовым переходом является энергонезависимой памятью с произвольным доступом, что делает ее подходящей как для выполнения кода, так и для хранения данных. В 2006 году IBM вместе с Macronix и Qimonda объявила о результатах исследований, в которых говорилось, что они спроектировали, построили и продемонстрировали прототип устройства памяти с фазовым переходом. Это устройство было в 500 раз быстрее, чем флэш-память, при этом потребляя менее половины энергии. Устройство-прототип также было намного меньше, чем флэш-память.

Еще один признак того, что память с фазовым переходом скоро появится в большом количестве, исходит от Intel. В апреле этого года Intel объявила, что начнет поставки образцов модулей фазового перехода размером 128 МБ. Ждите, скоро эти модули появятся в вашей электронике.

Голографическая память

Многие люди думают, что голографическая технология — это футуристическая, далекая технология, но сегодня она доступна благодаря технологиям InPhase. Конечно, он малодоступен и стоит довольно дорого. Это скоро изменится, потому что хранение ваших данных в голографической памяти дает много преимуществ.

Фигура 2:
Голографическое запоминающее устройство с сайта www.inphase-technologies.com.

Голографическая память работает, направляя два когерентных луча света на светочувствительный носитель: луч данных и опорный луч. Трехмерная интерференционная картина, создаваемая этими двумя лучами света, сохраняется в виде голограммы. Эту интерференционную картину можно прочитать, направив на интерференционную картину только опорный луч света; результирующий луч напоминает исходный луч данных.

Этот тип трехмерной памяти означает, что мы можем хранить и получать доступ к страницам памяти одновременно. Это также означает, что устройства голографической памяти будут иметь невероятно плотный объем памяти.

Из-за этих преимуществ я чувствую неизбежность того, что голографическая память станет электростанцией на арене третичной памяти. Однако я не уверен, что голографические устройства когда-нибудь достигнут популярности компакт-дисков и DVD-дисков.

Магниторезистивная ОЗУ

Магниторезистивная оперативная память, как и голографическая память, доступна уже сегодня. В июле 2006 года компания Freescale semiconductor объявила о выпуске первого в мире продукта MRAM массового производства. Даже сегодня, год спустя, продуктов MRAM мало. Те, что доступны, дороги, имеют низкую плотность памяти и представляют интерес только для небольшой ниши рынка. Я верю, что через несколько лет MRAM станет намного популярнее.

Как и жесткие диски, MRAM хранит данные на магнитных носителях, что делает MRAM энергонезависимым носителем. Это важная особенность MRAM, которая позволит ей конкурировать с DRAM и SRAM, которые теряют свои данные при отключении питания. Хотя чипы MRAM не такие быстрые, как SRAM, они обеспечивают более быстрое чтение и запись, чем DRAM. Однако MRAM имеет гораздо более высокую плотность памяти, чем SRAM. Это даст инженерам, разрабатывающим будущие ЦП, еще один вариант, поскольку им придется выбирать между большим, немного более медленным кешем и меньшим, немного более быстрым кешем. Лично я считаю, что MRAM в итоге победит, так как для помещения данных в кеш с жесткого диска требуется гораздо больше времени, чем для чтения данных из кеша. Таким образом, чем реже вам придется загружать кеш, тем выше будет производительность.

Следите за тем, чтобы MRAM превзошла флэш-память в течение нескольких коротких лет. Это связано с тем, что память MRAM, хотя и намного быстрее, чем флэш-память, также дешевле в производстве. Я чувствую, что ценовое преимущество MRAM будет тем, что подтолкнет чипы MRAM к завоеванию рынка флэш-памяти, в то время как повышенная скорость будет приятным дополнительным преимуществом для клиента.

В своей следующей статье я отойду от разговора о самой памяти и расскажу о методах адресации памяти. Эти методы чрезвычайно важны как для скорости, так и для исправления ошибок. Я знаю, тебе понравится.

Память и хранилище. Часть 3. Спецификации шины