ذاكرة الوصول العشوائي النانوية

الموسوعة الحرة
أنواع ذاكرة الكمبيوتر وتخزين البيانات
عام
Volatile
RAM
Historical
Non-volatile
ROM
NVRAM
Early-stage NVRAM
Analog recording
Optical
In development
Historical
  • v
  • t
  • e

Nano-RAM هي تقنية ذاكرة حاسوبية خاصة من شركة Nantero . وهي نوع من ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة تعتمد على موضع أنابيب الكربون النانوية المترسبة على ركيزة تشبه الشريحة. من الناحية النظرية، يسمح الحجم الصغير للأنابيب النانوية بذاكرة ذات كثافة عالية جدًا. كما تشير إليها Nantero باسم NRAM.

تكنولوجيا

كانت تقنية NRAM من الجيل الأول من Nantero تعتمد على جهاز أشباه الموصلات ثلاثي الأطراف حيث يتم استخدام طرف ثالث للتبديل بين حالات الذاكرة. تعتمد تقنية NRAM من الجيل الثاني على خلية ذاكرة ذات طرفين. تتمتع الخلية ذات الطرفين بمزايا مثل حجم الخلية الأصغر وقابلية التوسع الأفضل إلى عقد أقل من 20 نانومتر (انظر تصنيع الأجهزة شبه الموصلة )، والقدرة على تثبيط خلية الذاكرة أثناء التصنيع.

في مصفوفة قماش غير منسوجة من أنابيب الكربون النانوية (CNTs)، يمكن أن تكون الأنابيب النانوية المتقاطعة إما متلامسة أو منفصلة قليلاً حسب موضعها. عند التلامس، يتم تثبيت أنابيب الكربون النانوية معًا بواسطة قوى فان دير فالس . [1] تتكون كل "خلية" NRAM من شبكة مترابطة من أنابيب الكربون النانوية تقع بين قطبين كما هو موضح في الشكل 1. يقع نسيج CNT بين قطبين معدنيين، والذي يتم تحديده ونقشه بواسطة الطباعة الضوئية ، ويشكل خلية NRAM.

نسيج أنابيب الكربون النانوية

تعمل ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة كذاكرة وصول عشوائي غير متطايرة مقاومة ويمكن وضعها في وضعين مقاومين أو أكثر اعتمادًا على الحالة المقاومة لنسيج الأنابيب النانوية الكربونية. عندما لا تكون الأنابيب النانوية الكربونية على اتصال تكون حالة مقاومة النسيج عالية وتمثل حالة "إيقاف" أو "0". عندما يتم وضع الأنابيب النانوية الكربونية على اتصال تكون حالة مقاومة النسيج منخفضة وتمثل حالة "تشغيل" أو "1". تعمل ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة كذاكرة لأن حالتي المقاومة مستقرتان للغاية. في الحالة 0، لا تكون الأنابيب النانوية الكربونية (أو جزء منها) على اتصال وتظل في حالة منفصلة بسبب صلابة الأنابيب النانوية الكربونية مما يؤدي إلى مقاومة عالية أو حالة قياس تيار منخفض بين القطبين العلوي والسفلي. في الحالة 1، تكون الأنابيب النانوية الكربونية (أو جزء منها) على اتصال وتظل على اتصال بسبب قوى فان دير فالس بين الأنابيب النانوية الكربونية، مما يؤدي إلى مقاومة منخفضة أو حالة قياس تيار مرتفع بين القطبين العلوي والسفلي. لاحظ أن مصادر المقاومة الأخرى مثل مقاومة التلامس بين القطب الكهربائي والأنابيب النانوية الكربونية يمكن أن تكون كبيرة ويجب أيضًا أخذها في الاعتبار.

لتبديل NRAM بين الحالات، يتم تطبيق جهد صغير أكبر من جهد القراءة بين الأقطاب الكهربائية العلوية والسفلية. إذا كانت NRAM في الحالة 0، فإن الجهد المطبق سيتسبب في جذب كهروستاتيكي بين أنابيب الكربون النانوية القريبة من بعضها البعض مما يتسبب في عملية SET. بعد إزالة الجهد المطبق، تظل أنابيب الكربون النانوية في حالة 1 أو مقاومة منخفضة بسبب الالتصاق الفيزيائي (قوة فان دير فالس) مع طاقة تنشيط (E a ​​) تبلغ حوالي 5 إلكترون فولت. إذا كانت خلية NRAM في الحالة 1، فإن تطبيق جهد أكبر من جهد القراءة سيولد إثارات فونون أنابيب الكربون النانوية بطاقة كافية لفصل وصلات أنابيب الكربون النانوية. هذه هي عملية إعادة الضبط التي يقودها الفونون. تظل أنابيب الكربون النانوية في حالة إيقاف التشغيل أو المقاومة العالية بسبب الصلابة الميكانيكية العالية ( معامل يونغ 1 تيرا باسكال) مع طاقة تنشيط (E a ​​) أكبر بكثير من 5 إلكترون فولت. يوضح الشكل 2 كلتا الحالتين لزوج فردي من أنابيب الكربون النانوية المشاركة في عملية التبديل. بسبب طاقة التنشيط العالية (>5 إلكترون فولت) المطلوبة للتبديل بين الحالات، يقاوم مفتاح NRAM التداخل الخارجي مثل الإشعاع ودرجة حرارة التشغيل التي يمكنها محو أو قلب الذكريات التقليدية مثل DRAM .

الشكل 2: نقاط اتصال الأنابيب النانوية الكربونية

يتم تصنيع NRAMs عن طريق ترسيب طبقة موحدة من أنابيب الكربون النانوية على مجموعة مسبقة الصنع من المحركات مثل الترانزستورات كما هو موضح في الشكل 1. يكون القطب السفلي لخلية NRAM على اتصال بالفتحة الأساسية (الإلكترونيات) التي تربط الخلية بالمحرك. يمكن تصنيع القطب السفلي كجزء من الفتحة الأساسية أو يمكن تصنيعه في وقت واحد مع خلية NRAM، عندما يتم تعريف الخلية وحفرها ضوئيًا. قبل تعريف الخلية وحفرها ضوئيًا، يتم ترسيب القطب العلوي كفيلم معدني على طبقة CNT بحيث يتم نقش القطب المعدني العلوي وحفره أثناء تعريف خلية NRAM. بعد التخميد العازل وملء المجموعة، يتم تعريض القطب المعدني العلوي عن طريق حفر العازل الموجود فوقه باستخدام عملية تنعيم مثل التسوية الكيميائية الميكانيكية . مع تعريض القطب العلوي، يتم تصنيع المستوى التالي من توصيل الأسلاك المعدنية لإكمال مجموعة NRAM. يوضح الشكل 3 طريقة دائرة لاختيار خلية واحدة للكتابة والقراءة. باستخدام ترتيب توصيل عبر الشبكة، تشكل ذاكرة الوصول العشوائي غير العشوائية والسائق (الخلية) مجموعة ذاكرة مشابهة لمصفوفات الذاكرة الأخرى. يمكن اختيار خلية واحدة من خلال تطبيق الفولتية المناسبة على خط الكلمات (WL) وخط البت (BL) وخطوط التحديد (SL) دون إزعاج الخلايا الأخرى في المجموعة. بدلاً من ذلك، بين القطب السفلي والطبقة المعدنية العلوية، قد تكون هناك طبقتان من الأنابيب النانوية الكربونية: واحدة بها أنابيب نانوية كربونية مرتبة بشكل موحد، وأخرى بها أنابيب نانوية كربونية مرتبة بشكل عشوائي. تُستخدم الأنابيب النانوية الكربونية المرتبة بشكل موحد لحماية الأنابيب النانوية الكربونية المرتبة بشكل عشوائي من الطبقة المعدنية العلوية. [2]

الشكل 3: مفتاح الأنابيب النانوية الكربونية

صفات

تتمتع ذاكرة الوصول العشوائي غير القابلة للنفاذ بكثافة مماثلة لكثافة ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية، على الأقل من الناحية النظرية. تتضمن ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية مكثفات، وهي عبارة عن لوحين معدنيين صغيرين بينهما عازل رقيق. تحتوي ذاكرة الوصول العشوائي غير القابلة للنفاذ على أطراف وأقطاب كهربائية بنفس حجم اللوحتين تقريبًا في ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية، وتكون الأنابيب النانوية بينهما أصغر كثيرًا لدرجة أنها لا تضيف أي شيء إلى الحجم الإجمالي. ومع ذلك، يبدو أن هناك حجمًا أدنى يمكن بناء ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية عنده، والذي لا يوجد تحته ببساطة ما يكفي من الشحنة المخزنة على اللوحتين. يبدو أن ذاكرة الوصول العشوائي غير القابلة للنفاذ محدودة فقط بالطباعة الحجرية [ بحاجة لمصدر ] . وهذا يعني أن ذاكرة الوصول العشوائي غير القابلة للنفاذ قد تكون قادرة على أن تصبح أكثر كثافة من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية، وربما أيضًا أقل تكلفة. على عكس ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية، لا تتطلب ذاكرة الوصول العشوائي غير القابلة للنفاذ طاقة "لتحديثها"، وستحتفظ بذاكرتها حتى بعد إزالة الطاقة. وبالتالي فإن الطاقة اللازمة لكتابة حالة ذاكرة الجهاز والاحتفاظ بها أقل بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية، والتي يتعين عليها بناء شحنة على صفائح الخلية. وهذا يعني أن NRAM قد تنافس DRAM من حيث التكلفة، ولكنها تتطلب أيضًا طاقة أقل، ونتيجة لذلك تكون أسرع كثيرًا لأن أداء الكتابة يتحدد إلى حد كبير بالشحنة الإجمالية المطلوبة. من الناحية النظرية، يمكن لـ NRAM الوصول إلى أداء مماثل لـ SRAM، وهو أسرع من DRAM ولكنه أقل كثافة بكثير، وبالتالي أكثر تكلفة بكثير.

المقارنة مع الذاكرة غير المتطايرة الأخرى

بالمقارنة مع تقنيات ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة (NVRAM) الأخرى، تتمتع NRAM بالعديد من المزايا. في ذاكرة الفلاش ، الشكل الشائع لذاكرة NVRAM، تشبه كل خلية ترانزستور MOSFET مع بوابة تحكم (CG) يتم تعديلها بواسطة بوابة عائمة (FG) تقع بين CG وFG. تكون FG محاطة بعازل كهربائي، وعادة ما يكون أكسيدًا. نظرًا لأن FG معزول كهربائيًا بواسطة العازل المحيط، فإن أي إلكترونات موضوعة على FG سيتم حبسها على FG الذي يحجب CG عن قناة الترانزستور ويعدل جهد العتبة (VT) للترانزستور. من خلال كتابة والتحكم في كمية الشحنة الموضوعة على FG، تتحكم FG في حالة التوصيل لجهاز فلاش MOSFET اعتمادًا على VT للخلية المحددة. يتم استشعار التيار المتدفق عبر قناة MOSFET لتحديد حالة الخلية التي تشكل رمزًا ثنائيًا حيث تكون الحالة 1 (تدفق التيار) عند تطبيق جهد CG المناسب وحالة 0 (لا يوجد تدفق تيار) عند تطبيق جهد CG.

بعد الكتابة عليه، يحبس العازل الإلكترونات على FG، ويغلقه في الحالة 0. ومع ذلك، لتغيير هذا البت، يجب "شحن العازل" بشكل زائد لمحو أي شحنة مخزنة بالفعل فيه. وهذا يتطلب جهدًا أعلى، حوالي 10 فولت، وهو أكثر بكثير مما يمكن للبطارية توفيره. تتضمن أنظمة الفلاش " مضخة شحن " تبني الطاقة ببطء وتطلقها عند جهد أعلى. هذه العملية ليست بطيئة فحسب، بل إنها تؤدي إلى تدهور العوازل. لهذا السبب، يحتوي الفلاش على عدد محدود من عمليات الكتابة قبل أن يتوقف الجهاز عن العمل بشكل فعال.

إن عمليات القراءة والكتابة في NRAM "منخفضة الطاقة" مقارنة بالفلاش (أو DRAM في هذا الصدد بسبب "التحديث")، مما يعني أن NRAM يمكن أن يكون لها عمر بطارية أطول. قد تكون أيضًا أسرع بكثير في الكتابة من أي منهما، مما يعني أنه يمكن استخدامها لتحل محل كليهما. تتضمن الهواتف الحديثة ذاكرة فلاش لتخزين أرقام الهواتف، وDRAM لذاكرة عمل ذات أداء أعلى لأن الفلاش بطيء للغاية، وبعض SRAM لأداء أعلى. يمكن وضع بعض NRAM على وحدة المعالجة المركزية لتكون بمثابة ذاكرة تخزين مؤقتة لوحدة المعالجة المركزية ، والمزيد في شرائح أخرى تحل محل كل من DRAM والفلاش.

NRAM هي واحدة من مجموعة متنوعة من أنظمة الذاكرة الجديدة، والتي يدعي الكثير منها أنها " عالمية " بنفس طريقة NRAM - حيث تحل محل كل شيء من الفلاش إلى DRAM إلى SRAM.

الذاكرة البديلة الجاهزة للاستخدام هي ذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية (FRAM أو FeRAM). تضيف ذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية كمية صغيرة من مادة كهروضوئية إلى خلية ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية. تشفر حالة المجال في المادة البت بتنسيق غير مدمر. تتمتع ذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية بمزايا ذاكرة الوصول العشوائي غير العشوائية، على الرغم من أن أصغر حجم ممكن للخلية أكبر بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي غير العشوائية. تُستخدم ذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية في التطبيقات حيث يكون العدد المحدود لعمليات كتابة الفلاش مشكلة. عمليات قراءة ذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية مدمرة، وتتطلب عملية كتابة استعادة بعد ذلك.

تتضمن أنظمة الذاكرة الأخرى الأكثر تخمينًا ذاكرة الوصول العشوائي ذات المقاومة المغناطيسية (MRAM) وذاكرة تغيير الطور (PRAM). تعتمد ذاكرة الوصول العشوائي ذات المقاومة المغناطيسية على شبكة من الوصلات النفقية المغناطيسية . تقرأ ذاكرة الوصول العشوائي ذات المقاومة المغناطيسية الذاكرة باستخدام تأثير المقاومة المغناطيسية للنفق ، مما يسمح لها بقراءة الذاكرة بشكل غير مدمر وبقدر ضئيل جدًا من الطاقة. استخدمت ذاكرة الوصول العشوائي ذات المقاومة المغناطيسية المبكرة الكتابة المستحثة بالمجال، [3] ووصلت إلى حد من حيث الحجم، مما جعلها أكبر بكثير من أجهزة الفلاش. ومع ذلك، قد تتغلب تقنيات ذاكرة الوصول العشوائي ذات المقاومة المغناطيسية الجديدة على قيود الحجم لجعل ذاكرة الوصول العشوائي ذات المقاومة المغناطيسية قادرة على المنافسة حتى مع ذاكرة الفلاش. التقنيات هي التبديل بمساعدة الحرارة (TAS)، [4] التي طورتها شركة Crocus Technology ، وعزم الدوران لنقل الدوران الذي كانت تعمل عليه Crocus و Hynix و IBM وشركات أخرى في عام 2009. [5]

تعتمد ذاكرة الوصول العشوائي القابلة للقراءة (PRAM) على تقنية مشابهة لتلك المستخدمة في الأقراص المضغوطة أو أقراص DVD القابلة للكتابة، وذلك باستخدام مادة متغيرة الطور تعمل على تغيير خصائصها المغناطيسية أو الكهربائية بدلاً من خصائصها البصرية. وتعد مادة ذاكرة الوصول العشوائي القابلة للقراءة (PRAM) نفسها قابلة للتطوير ولكنها تتطلب مصدر تيار أكبر.

تاريخ

نانتيرو، المحدودة
نوع الشركةخاص
صناعةأشباه الموصلات وتكنولوجيا النانو
تأسست2001
المقر الرئيسي
ووبرن، ماساتشوستس
,
نحن
منتجاتذاكرة الوصول العشوائي النانوية
موقع إلكترونيwww.نانتيرو.كوم

تأسست شركة Nantero في عام 2001، ويقع مقرها الرئيسي في مدينة Woburn بولاية ماساتشوستس . ونظرًا للاستثمار الهائل في مصانع تصنيع أشباه الموصلات الفلاشية ، لم تحل ذاكرة بديلة محل الفلاش في السوق، على الرغم من التوقعات التي ظهرت في وقت مبكر من عام 2003 بشأن السرعة والكثافة الوشيكة لذاكرة NRAM. [6] [7]

في عام 2005، تمت ترقية NRAM باعتبارها ذاكرة عالمية ، وتوقعت Nantero أنها ستكون في مرحلة الإنتاج بحلول نهاية عام 2006. [8] في أغسطس 2008، حصلت شركة Lockheed Martin على ترخيص حصري لتطبيقات الحكومة للملكية الفكرية لشركة Nantero. [9]

بحلول أوائل عام 2009، كان لدى نانتيرو 30 براءة اختراع أمريكية و47 موظفًا، لكنها كانت لا تزال في مرحلة الهندسة. [10] في مايو 2009، تم اختبار نسخة مقاومة للإشعاع من NRAM في مهمة STS-125 لمكوك الفضاء الأمريكي أتلانتس . [11]

كانت الشركة هادئة حتى تم الإعلان عن جولة أخرى من التمويل والتعاون مع مركز الأبحاث البلجيكي imec في نوفمبر 2012. [12] [13] جمعت Nantero ما مجموعه أكثر من 42 مليون دولار من خلال جولة نوفمبر 2012 من السلسلة D. [14] شمل المستثمرون Charles River Ventures و Draper Fisher Jurvetson و Globespan Capital Partners و Stata Venture Partners و Harris & Harris Group . في مايو 2013، أكملت Nantero السلسلة D باستثمار من Schlumberger . [15] أدرجت EE Times Nantero كواحدة من "أفضل 10 شركات ناشئة لمراقبتها في عام 2013". [16]

31 أغسطس 2016: تقوم شركتان لأشباه الموصلات من فوجيتسو بترخيص تقنية Nantero NRAM من خلال تطوير مشترك بين Nantero وFujitsu لإنتاج الرقائق، وتم الإعلان عن ذلك في عام 2018. تم الإعلان عن أن إعادة الكتابة لديهم أسرع بعدة آلاف من المرات ودورات إعادة الكتابة أكثر بآلاف المرات من ذاكرة الفلاش المضمنة. [17] اعتبارًا من عام 2024، لا تزال هذه المنتجات معلنة ولكنها لم تصل إلى السوق.

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ "ما هو مستقبل DRAM؟". 9 أبريل 2020.
  2. ^ "ما هو مستقبل DRAM؟". 9 أبريل 2020.
  3. ^ Slaughter, JM; Rizzo, ND; Mancoff, FB; Whig, R.; Smith, K.; Aggarwal, S.; طهراني, S. (2010). "Toggle and Spin- Toggle and Spin-Torque MRAM: Status and OutlooK" (PDF) . الجمعية المغناطيسية اليابانية . 5. Everspin Technologies: 171. S2CID  112533665. تم الاسترجاع في 2 ديسمبر 2022 .
  4. ^ ظهور ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية العملية "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) في 2011-04-27 . تم استرجاعها في 2009-07-20 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  5. ^ مارك لابيدوس (18 يونيو 2009). "تاور تستثمر في كروكوس، وتقترح صفقة مصنع MRAM". إي إي تايمز . تم الاسترجاع في 10 يوليو 2013 .
  6. ^ "نوع جديد من ذاكرة الكمبيوتر يستخدم الكربون، بدلاً من السيليكون". مجلة الإيكونوميست . 8 مايو 2003. تم الاسترجاع في 10 يوليو 2013 .
  7. ^ جون ليدن (13 مايو 2003). "حول ذاكرة الكربون فائقة السرعة: الأنابيب النانوية". The Register . تم الاسترجاع في 20 يوليو 2013 .
  8. ^ "الأنابيب النانوية 'الذاكرة العالمية' عامل جذب لأجهزة الكمبيوتر". متحف العلوم مركز العلوم والتكنولوجيا الحالي. مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2005. تم الاسترجاع في 14 يوليو 2013 .
  9. ^ لابيدوس، مارك (13 أغسطس/آب 2008). "لوكهيد تشتري وحدة حكومية في نانتيرو" . تم الاسترجاع في 20 أغسطس/آب 2013 .
  10. ^ إفراين فيسكارولاساجا (22 يناير 2009). "أشباه الموصلات في نانتيرو تحصد تصنيفًا عاليًا في مجال براءات الاختراع". Mass High Tech . تم الاسترجاع في 10 يوليو 2013 .
  11. ^ "شركة لوكهيد مارتن تختبر أجهزة ذاكرة تعتمد على أنابيب الكربون النانوية في مهمة مكوك ناسا". بيان صحفي . 18 نوفمبر 2009. تم الاسترجاع في 14 يوليو 2013 .
  12. ^ "نانتيرو، إيميك يتعاونان في تطوير ذاكرة تعتمد على أنابيب الكربون النانوية". AZOM: A to Z of Materials . 1 نوفمبر 2012. تم الاسترجاع في 20 أغسطس 2013 .
  13. ^ ميلو، كريس (6 نوفمبر 2012). "شركة متخصصة في تصنيع ذاكرة الأنابيب النانوية تتعاون مع البلجيكيين لمحاولة أخرى: بعد تأخر دام 3 سنوات، وما زال العد مستمرًا - ولكنها تتحرك الآن "بشكل أسرع"". The Register . تم الاسترجاع في 10 يوليو 2013 .
  14. ^ ريسيندي، باتريشيا (28 نوفمبر 2012). "نانتيرو تحصل على 10 ملايين دولار لنقل المنتج إلى التسويق التجاري". Mass High Tech . تم الاسترجاع في 10 يوليو 2013 .
  15. ^ "نانتيرو تؤمن الإغلاق الثاني لسلسلة D؛ الشركة تضيف مستثمرين استراتيجيين رئيسيين". 29 مايو 2013. مؤرشف من الأصل في 30 يونيو 2013. تم الاسترجاع في 20 أغسطس 2013 .
  16. ^ كلارك، بيتر (21 ديسمبر 2012). "10 من أفضل الشركات الناشئة التي تستحق المتابعة في عام 2013". EE Times . تم الاسترجاع في 10 يوليو 2013 .
  17. ^ ميلور، كريس (31 أغسطس 2016). "نظرة عميقة على تقنية ذاكرة الوصول العشوائي من الأنابيب النانوية الكربونية غير المتطايرة في نانتيرو". ذا ريجيستر .
  • صفحة NRAM في نانتيرو
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nano-RAM&oldid=1240403846"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate