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- 23 Dicembre 2017
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Visto che è stato rilanciato questo studio dello scorso anno, riaccendendo un po di curiosità, merita un articolo
ULTRARAM è il nome di una memoria universale sviluppata dai fisici della Lancaster University (anche se è uno studio ideato in USA) che vuole fondere tutti i vantaggi (e nessuno svantaggio) delle odierne DRAM e NAND in un’unica soluzione.
I nuovi chip sarebbero in grado di assicurare le prestazioni delle DRAM, in modo 100 volte più efficiente, e con l’ulteriore vantaggio della non volatilità, tipica delle NAND.
Questa tecnologia potrebbe cambiare il modo in cui oggi funzionano i computer, gli smartphone e molti altri oggetti tecnologici di uso quotidiano.
Pensate al vostro PC in cui lo storage non sarebbe più il collo di bottiglia, ricevendo e scrivendo dati in SSD alla velocità delle attuali RAM.
L'unico limite diventerebbe la velocità di elaborazione, ed anche li i passi avanti stanno diventando notevoli.
ULTRARAM: A Low-Energy, High-Endurance, Compound-Semiconductor Memory on Silicon
Peter D. Hodgson, Dominic Lane, Peter J. Carrington, Evangelia Delli, Richard Beanland, and Manus Hayne
https://eprints.lancs.ac.uk/id/eprint/164465/1/Hodgson_Adv_Elect_Materials_2101103_2022_.pdf
E' vero, proprio come detto dai ragazzi Prodigeek, questo studio sarebbe passato come molti altri dello stesso tipo in sordina se non fosse per l'ottima promozione che la Lancaster University è riuscita a creare intorno a questo studio, primo fra tutti un nome molto accattivante:
UTRA...
Come accennato si vuole creare una RAM con proprietà di memoria non-volatile, cioè che al cessare dell'energia, mantenga i dati.
Questo vuol dire realizzare delle memorie da storage molto più veloci di quelle attuali.
Lo studio non si limita però alla velocità, ma anche a porre rimedio ad una caratteristica perdente delle attuali Nand Flash, ovvero la loro durata.
Lo studio delle ULTRARAM con dei test (per ora limitati a dati di sperimentazione e non su prodotti industriali), ha evidenziato una durata di queste celle, almeno 10 volte maggiore di quelle attuali.
Non è abbastanza in realtà, ma comunque un miglioramento della tecnologia attuale.
Infine, i più recenti risultati, sono stati condotti utilizzando come base le stesse lastre di silicio delle nand (oltre a materiali molto più costosi), avvicinandosi alla concreta realizzazione a costi più contenuti, ottenendo comunque risultati ottimi.
Questo fa ovviamente molto sperare in una produzione reale.
Per utilizzare questo tipo di celle (molto simili poi alle attuali NAND), occorrerà comunque creare nuovi socket e un nuovo modo di elaborare i dati.
Il passaggio generazionale, sarà comunque "epocale".
Vediamo nel dettaglio in cosa consiste la cella creata e come funziona:
Nel loro ultimo lavoro, pubblicato su IEEE Transactions on Electron Devices, i ricercatori hanno integrato per la prima volta dispositivi ULTRARAM in piccoli array (4-bit), come accennato sopra, utilizzando come base il silicio.
Ciò ha permesso loro di verificare sperimentalmente una nuova architettura di memoria, in attesa di brevetto, che costituirebbe la base dei futuri chip di memoria ULTRARAM.
La cella base (per ora la possiamo considerare simile ad una NAND SLC) utilizza la fisica del tunneling risonante.
Il tunneling risonante quantistico, serve a implementare una tipologia di cella con transizione di elettroni in un tunnel creato da un substrato e un apposito strato di ossido molto simile alla NAND attuale (detto Floating Gate).
Il tunneling risonante quantistico si comporta come una barriera che a comando può diventate opaca (o impermeabile) o trasparente (o permeabile) agli elettroni, che però si muovono sfruttando non un movimento ma un principio quantistico di transizione simile ad una goccia di acqua assorbita per capillarità da una parete porosa. Questo tipo di penetrazione è di diversi ordini più veloce che non il (si fa per dire) classico spostamento di elettroni dal substrato al gate flottante (tipo corrente elettrica).
La barriera, che si comporta come un materiale dielettrico, è la genialata dietro questa nuova cella che altrimenti funziona come una normale cella nand. E' un velo a tripla barriera (TBRT) formata da eterogiunzioni InAs/AlSb, utilizzando l'Arseniuro di gallio.
Questo principio, spiegato dalla fisica quantistica, permette l'utilizzo di cariche elettriche molto più basse che non quelle utilizzate per le nand flash (che nell'esempio sopra devono superare il dislivello utilizzando più forza...), e ciò vuol dire un quantitativo di elettroni spostati dal substrato di semiconduttore, di un ordine inferiore, che a sua volta vuol dire meno consumo di cella e quindi più durata della cella stessa.
In alto possiamo vedere un array di celle 2x2 ed in basso una sezione disegnata ed una sezione al microscopio elettronico.
Gli spessori degli strati che compongono la cella variano da 1 a 3 nanometri.
Per il resto funziona come una normale cella nand FG: l'assenza di elettroni (tripla barriera opaca) permette al flusso di energia di lettura di passare senza impedimenti dando il segnale "I", mentre a barriera trasparente gli elettroni raggiungono il gate flottante e la corrente di lettura, incontrando impedimenti, segna un valore "0".
Al cessare dell'energia - a ssd non alimentato - la tripla barriera si comporta come impermeabile quindi gli elettroni o rimangono sotto (nel substrato) o rimangono confinati tra barriera e floating gate. Questo vuol dire che le celle mantengono i valori memorizzati