[Discovery] Bộ nhớ điện trở RRAM – ứng cử viên sáng giá thay thế cho NAND Flash trong tương lai


RRAM_Design.
Thiết kế bộ nhớ RRAM của Crossbar.

Sau khi giới thiệu công nghệ bộ nhớ điện trở (RRAM hay ReRAM) hồi tháng 8 năm ngoái thì năm nay, công ty công nghệ bộ nhớ Crossbar đã vừa công bố chuyển sang giai đoạn thương mại hóa thiết kế. Điều này cũng chứng minh rằng công ty có thể chế tạo phần cứng với các máy móc sẵn có, qua đó có thể tìm kiếm các nhà sản xuất để đưa bộ nhớ RAM điện trở đến với thị trường.

Công nghệ bộ nhớ RRAM lưu trữ dữ liệu bằng cách tạo ra điện trở trong một mạch dẫn thay vì trực tiếp giữ điện tích. Khi một dòng điện được áp đặt vào một vật liệu, dòng điện sẽ làm thay đổi điện trở của vật liệu. Trạng thái điện trở sau đó có thể đo đạt và kết quả sẽ được mã hóa 1 hoặc 0.

So với bộ nhớ NAND flash, RRAM có nhiều ưu điểm thuộc về bản chất. Bộ nhớ NAND có tuổi thọ giới hạn và giảm dần khi cell nhớ trở nên nhỏ hơn, các điểm (node) xử lý chu trình ghi/xóa cũng bị thu hẹp lại và số lần sửa lỗi yêu cầu ở mỗi node mới cũng tăng dần qua thời gian. NAND có tốc độ truy xuất cao nhưng việc đọc/ghi dữ liệu cũng làm giảm tuổi thọ bộ nhớ. Cho nên các nhà sản xuất bộ nhớ hiện nay đều tập trung cải tiến các vi điều khiển bộ nhớ NAND hoặc giao tiếp hệ thống thay vì hiệu năng cơ bản của NAND.

Crossbar_RRAM.
Đối chiếu kích thước giữa 1 bộ nhớ NAND 8 GB và 1 bộ nhớ RRAM 8 GB, cả 2 đều dùng quy trình 25 nm.

RRAM có thể giải quyết rất nhiều trong số những vấn đề vừa nêu. Không giống như NAND, RRAM không cần được xóa trước khi được ghi và có tốc độ truy xuất nhanh hơn NAND rất nhiều lần. RRAM cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn và theo Crossbar thì nếu như NAND cần đến 1360 pJ (picoJoule)/mỗi cell để hoạt động thì RRAM chỉ cần 64 pJ/cell. Thêm vào đó, Crossbar cho biết công nghệ này hỗ trợ lưu trữ 2 bit dữ liệu/cell (tương đương với bộ nhớ MLC NAND) và có thể được chế tạo thành các lớp 3D chồng lên nhau. Ngoài ra, công ty cũng cho rằng công nghệ có thể được sử dụng để làm giảm độ phức tạp của các vi điều khiển – một lợi thế tiềm năng đáng chú ý khi độ phức tạp và chi phí sản xuất bộ nhớ đang ngày một tăng.

RRAM_App.

Tuy nhiên, việc thương mại hóa RRAM dưới dạng phần cứng tiêu dùng vẫn cần thêm thời gian. Trước mắt, công ty đã cấp phép cho các nhà phát triển chip SoC, mạch tích hợp dành cho ứng dụng đặc thù ASIC và mạch lập trình tùy biến FPGA với các sản phẩm mẫu dự kiến sẽ được chuyển giao vào năm 2015. Những ứng dụng đầu tiên được hướng đến sẽ là các hệ thống nhúng và bộ nhớ cấp thấp do nhu cầu dung lượng bộ nhớ không lớn và hoạt động càng tiết kiệm năng lượng càng tốt.

Mặc dù vây, có một điều vẫn chưa thể thay đổi đó là lộ trình dài hạn để thay thế bộ nhớ NAND. Samsung, Intel, Micron là những công ty đã đầu tư hàng chục tỉ đô để sản xuất bộ nhớ NAND và họ dĩ nhiên không có ý định chuyển sang một chuẩn mới ngay lập tức. Các công ty trong ngành công nghiệp luôn tự hào về việc nhanh chóng đón nhận các công nghệ mới nhất, tuyệt vời nhất nhưng sự thật lại rất khác biệt. Hầu hết các sản phẩm thành công trong ngành công nghiệp máy tính đều là những sản phẩm mở rộng, cải tiến từ những thành quả trước đó về khía cạnh hiệu quả chi phí. Việc một sản phẩm mới hoàn toàn vượt lên và định hướng thị trường hiếm khi xảy ra.

Hiện tại, bộ nhớ NAND 3D hay Samsung gọi là V-NAND sẽ dẫn dắt thị trường trong ít nhất là 3 năm tới, từ 2015 đến 2018. Tuy nhiên, điều này không có nghĩ RRAM sẽ không có mặt trong các ứng dụng thương mại và doanh nghiệp. Thực tế cho thấy thị trường đã dễ dàng đón nhận các giải pháp bộ nhớ NAND đắt đỏ để khai thác các chuẩn như PCI Express hay NVMe khi các sản phẩm này có thể mang lại thời gian phản hồi nhanh hơn nhằm đáp ứng cho các ứng dụng yêu cầu về độ trễ thấp. Do đó, RRAM có tiềm năng mang lại thời gian phản hồi tốt hơn và đủ khả năng đáp ứng cho một số lĩnh vực nhất định.

Trước mắt, bộ nhớ NAND 3D sẽ là xu hướng tiếp theo cho ngành công nghiệp bộ nhớ bởi nó cho phép các công ty chuyển sang quy trình sản xuất nhỏ hơn với mật độ node cao hơn. Samsung hiện tại đang phát triển V-NAND trên công nghệ xử lý 40 nm. Tuy nhiên, NAND 3D vẫn là NAND và nó vẫn tồn tại những hạn chế về mặt chức năng dài hạn. Vì vậy, chúng ta cần phải thay thế bộ nhớ flash với những dạng bộ nhớ bền hơn nếu muốn tiếp tục cải thiện mức tiêu thụ năng lượng và hiệu năng xử lý trên tỉ lệ bộ nhớ. RRAM có vẻ như là một tùy chọn có khả năng hiện thực hóa nhất.

Theo: ExtremeTech
Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s