Как уже упоминалось многими, современная оперативная память является энергозависимой только по конструкции, а не по требованию. У SDRAM и DDR-SDRAM есть дополнительные проблемы, связанные с необходимостью обновления для сохранения надежности в работе. Это просто природа модулей динамической памяти. Но я не мог не задаться вопросом, есть ли другой доступный вариант. Какие типы памяти существуют, которые могут соответствовать критериям? В этом пошаговом руководстве я рассмотрю только память, доступную для чтения / записи во время выполнения. Это приводит к отключению ROM, PROM и других одноразовых чипов — они должны быть неизменными после программирования.

Если мы немного приблизимся к энергонезависимой стороне спектра, мы встретим SRAM на этом пути — но его энергонезависимость весьма ограничена. На самом деле, это просто остаток данных. Обновление не требуется, но оно обязательно сбросит данные, если питание отключено на слишком долгое время. В дополнение к этому, это также немного быстрее, чем DRAM — пока вы не достигнете размера ГБ. Из-за увеличенного размера ячеек памяти (6 транзисторов на ячейку), по сравнению с DRAM, жизнеспособность преимущества скорости SRAM начинает уменьшаться с увеличением размера используемой памяти.

Далее идет BBSRAM — SRAM с батарейным питанием. Этот тип памяти является модифицированной версией SRAM, которая использует батарею, чтобы стать энергонезависимой в случае сбоя питания. Однако это создает некоторые проблемы. Как утилизировать батарею, когда она готова? И разве SRAM сама по себе уже не достаточно велика? Добавление схемы управления питанием и батареи в микшерную линию только уменьшает объем пространства, которое можно использовать для реальных ячеек памяти. Я также не помню, чтобы батарейки играли хорошо при длительном воздействии тепла …

Далее, к энергонезависимой стороне спектра, теперь мы видим EPROM. «Но подождите», спросите вы, «разве EPROM также не используется один раз?» Нет, если у вас есть ультрафиолетовый свет и желание рисковать. EPROM могут быть переписаны при воздействии ультрафиолетового излучения. Тем не менее, они, как правило, упакованы в непрозрачный корпус после того, как запрограммированы — это должно произойти в первую очередь. Очень непрактично, видя, что это не может быть переписано во время выполнения, внутри цепи. И вы не сможете ориентироваться на отдельные адреса / ячейки памяти — только стереть. Но EEPROM может помочь …

EE означает электрически стираемое. Это открывает дверь для операций записи, происходящих в цепи на один раз (по сравнению с ПЗУ, ППЗУ и СППЗУ). Однако EEPROM используют транзисторы с плавающим затвором. Это приводит к постепенному накоплению захваченных электронов, что в конечном итоге сделает ячейки памяти неработоспособными. Или ячейки памяти могут столкнуться с потерей заряда. Это приводит к тому, что ячейка остается в стертом состоянии. Это запланированный смертный приговор — не то, что вы искали.

MRAM следующий в списке. В качестве бита используется магнитный туннельный переход, состоящий из постоянного магнита в паре со сменным магнитом (разделенным тонким слоем изоляции). Согласно Википедии ,

» Простейший метод считывания достигается путем измерения электрического сопротивления ячейки. Определенная ячейка (как правило) выбирается путем питания соответствующего транзистора, который переключает ток от линии питания через ячейку к земле. Из-за туннельного магнитосопротивления электрическое сопротивление ячейки изменяется из-за относительной ориентации намагниченности в двух пластинах. Измеряя результирующий ток, можно определить сопротивление внутри любой конкретной ячейки, и исходя из этого полярность намагниченности записываемой пластины «.

Эта форма памяти основана на различиях в сопротивлении и измерении напряжения, а не на зарядах и токах. Он не нуждается в зарядном насосе, который помогает сделать его работу менее энергоемкой, чем DRAM, особенно для вариантов на основе STT. MRAM имеет множество преимуществ в своем дизайне, включая плотность памяти, сопоставимую с DRAM; производительность и скорость сопоставимы с SRAM в ограниченных тестовых случаях; энергопотребление значительно ниже, чем у DRAM; и отсутствие ухудшения из-за повторяющихся операций чтения / записи. Это сделало MRAM в центре внимания как исследователей, так и ученых, что способствовало его развитию. Фактически, это также рассматривается как возможный кандидат на » универсальную память «. Тем не менее, потрясающие затраты на этот тип памяти все еще очень высоки,другие варианты — те, которые выглядят немного громоздкими на данный момент.

Я мог бы перейти на сегнетоэлектрическую оперативную память, но это довольно печальный вариант. F-RAM похожа на DRAM по конструкции — просто замените диэлектрический слой на сегнетоэлектрический материал. Он имеет более низкое энергопотребление, приличную выносливость при чтении / записи — но преимущества после этого уменьшаются. У него гораздо более низкая плотность хранения, прямой объем памяти, деструктивный процесс чтения (требующий изменений в любой интегральной микросхеме с учетом арки записи после чтения) и более высокая общая стоимость. Не красивое зрелище.

Последние варианты на спектре являются SONOS , CBRAM и флэш-память (NAND Flash, NOR основе и т.д.). Общее хранилище, похожее на SSD, не сократит его, поэтому мы не можем найти жизнеспособных вариантов в конце этого спектра. Как SONOS, так и Flash-RAM страдают от проблем ограниченных скоростей чтения / записи (используемых в основном для постоянного хранения — не оптимизированных для скоростей, подобных оперативной памяти), необходимости записи в блоках и ограниченного числа циклов чтения / записи перед тем, как сказать: доброй ночи’. Они могут быть хороши для пейджинга, но они точно не будут работать для высокоскоростного доступа. CBRAM также слишком медленный для ваших целей.

Будущее этой охоты выглядит мрачным в настоящее время. Но не бойтесь — я оставил несколько почетных упоминаний для вашего личного чтения. T-RAM (Thysistor-RAM), Z-RAM и nvSRAM также являются возможными кандидатами. Хотя и T-RAM, и Z-RAM время от времени нуждаются в обновлении (по сравнению с DRAM, SDRAM и DDR-SDRAM), nvSRAM не требует таких требований. Все три из этих опций имеют либо лучшую плотность памяти, лучшие скорости чтения / записи и / или лучшие показатели энергопотребления. Им также не нужны батареи — это большой плюс (BBSRAM плачет в углу). При более внимательном рассмотрении nvSRAM создается впечатление, что мы нашли жизнеспособного кандидата на замену страшной DDR-SDRAM.

Но скоро (по крайней мере, для тех, кто решил прочитать это далеко), мы все будем плакать в наших собственных отдельных углах — в дополнение к тем же проблемам с размером, что и SRAM, nvSRAM также недоступен в достаточно больших модулях для использования в качестве подходящая замена DDR-SDRAM. Варианты есть, но они еще не готовы к производству (например, MRAM) или просто никогда не будут (nvSRAM). И прежде чем вы спросите, Gigabyte i-RAM тоже не работает — он работает только через интерфейс SATA, создавая узкое место в производительности. У этого также есть батарея. Я думаю, что мы все должны смотреть на то, где память может ? Полагаю, горько-сладкий конец.

Особенности MRAM от Everspin

• Время цикла чтения/записи сравнимое с SRAM
• Неограниченное количество циклов чтения/записи
• Время хранения информации более 20 лет
• Исполнение для работы в коммерческом, промышленном и автомобильном диапазоне температур

Особенности технологии

Ячейка памяти MRAM Everspin состоит из одного управляющего транзистора и одной ячейки памяти на основе магнитного туннельного эффекта (MagneticTunnelJunction, MTJ). Изделия MRAM производятсяна основе 180‑ и 130‑нм CMOS-процесса, при котором используются пять уровней металлизации, включая шины программирования, окруженные материалом с высокой проницаемостью для концентрации магнитногопотока. Запатентованная компанией Everspin архитектура, структура запоминающих элементов и технология режима переключения ячеек памяти обеспечили появление энергонезависимой памяти с наилучшими в своем классе производительностью и высокой надежностью.

MRAM основана на магнитных запоминающих элементах, интегрированных в CMOS технологический процесс. Каждая ячейка хранения построена на базе MTJ. Сама MTJ-ячейка представляет собой структуруиз нескольких слоев: слоя с фиксированной поляризацией, тонкого диэлектрического туннельного барьера и свободного магнитного слоя. Когда на такой MTJ-элемент подается смещение, электроны поляризуются магнитным слоем и пересекают диэлектрический барьер за счет процесса, известного как туннелирование. Таким образом, MTJ-элемент имеет малое сопротивление, когда магнитный момент свободного слоя сонаправлен магнитному моменту фиксированного слоя, и высокое сопротивление, когда магнитный момент свободного слоя противонаправлен магнитному моменту фиксированного слоя. Такие изменения сопротивления, вызванные изменением магнитного состояния устройства, известны как магниторезистивный эффект. Отсюда и произошло название — магниторезистивная RAM.Этот магниторезистивный эффект позволяет MRAM считывать данные на высокой скорости без изменения состояния ячейки.

Преимущества MRAM от Everspin

• Малые габариты, до 16 Мбит на чип
• Простой высокоскоростной интерфейс — параллельный SRAM или последовательный SPI
• Экономическая эффективность — один транзистор и магнитный туннельный переход (1T-1MTJ)
• Лучший в своем классе коэффициент ошибок
• RoHS совместим, нет батарей не содержит свинца (Pb)
• Может заменить многие виды памяти — обладает функциями Flash, SRAM, EEPROM, NVRAM, BBSRAM

Преимущества MRAM памяти

Простые интерфейсы

Параллельные MRAM устройства (8 и 16 бит) обладают временем чтения и записи, а также асинхронным интерфейсом, которые используют стандартные SRAM контроллеры. Последовательные MRAM имеют SPI интерфейс (как Flash или EEPROM устройства), но при этом тактовая частота составляет 40 МГц, что исключает задержки записи.

Малые габариты и низкопрофильность

MRAM поставляются в малогабаритных BGA и DFN корпусах, которые позволяют их использовать в современных компактных конструкциях.

Улучшенная надежность и широкий диапазон рабочих температур

Устройства MRAM работают от входного напряжения 3V в широком диапазоне рабочих температур. Данные сохраняются на время более 20 лет после каждой записи без циклов резервного копирования или резервного аккумулятора. Время хранения и надежность не уменьшается со временем работы.

Уменьшенный коэффициент программных ошибок

Технологии Flash, SRAM, BBSRAM и nvSRAM чувствительны к программным ошибкам. В отличие от них MRAM технология невосприимчива к альфа и нейтронным частицам. Это гарантирует коэффициент программных ошибок на два порядка ниже, чем у любого конкурирующего энергонезависимого решения.

Высокая экологичность

MRAM продукты RoHS совместимы и не содержат свинца. MRAM делает ненужной резервную батарею что снимает вопрос ее замены и делает решение крайне надежным.

Заменяет несколько типов памяти

MRAM продукты выполняют как функции внутрисистемной памяти (заменяют Flash), функции быстрого буфера данных (заменяют SRAM), так и функции энергонезависимого хранилища данных (заменяют EEPROM, nvRAM или BBSRAM), что сделает ваш дизайн простым и надежным.

Примеры использования MRAM

Серверы, системы хранения данных

Критически важные журналы и кеш данных записываются в MRAM память на скоростях сопоставимых с SRAM и всегда сохраняются при перебоях с электропитанием.

Коммуникационные системы

Критические параметры систем и пакетная информация сохраняется без систем резервного копирования

Транспорт, военные и авиационные системы

Сохраняется высокая надежность важным систем в широком диапазоне экстремальных температур и условий окружающей среды.

Автоматические расходомеры и принтеры

Постоянно обновляемые важные данные никогда не потеряются при пропадании электропитания в широком диапазоне рабочих температур

Системы контроля промышленной автоматики, робототехника

Информация о позиционировании осей сложной промышленной системы постоянно обновляется. В случае пропадания питания данные сохранятся после чего следует безопасная и быстрая перезагрузка

Промышленные силовые системы, устройства управления электропитанием

Надежная работа сохраняется в условиях переходных процессов в электропитании.

Медицинское оборудование

Простые в использовании и высоконадежные устройства памяти для построения медицинских приборов и систем.