La memoria de cambio de fase puede funcionar miles de veces más rápido que la RAM actual

PhaseChangeMemory

A medida que los métodos de escalado existentes para la memoria y la lógica (CPU) llegan a su fin, los investigadores han estado buscando alternativas de próxima generación al diseño de circuitos y DRAM convencionales. La memoria de cambio de fase tiene mucho que recomendar Es un reemplazo a largo plazo de la DRAM: es rápido, puede retener datos durante largos períodos de tiempo, y se cree que Optane / 3DXPoint de Intel se basa parcialmente en la tecnología de memoria de cambio de fase.

Una de las principales preocupaciones con cualquier tecnología nueva es cuánto puede escalar potencialmente el nuevo diseño. Cambiar a un nuevo tipo de memoria no es trivial y los diseñadores de chips quieren saber qué tipo de rendimiento pueden esperar en 5 a 10 años, no solo en los próximos 18 a 24 meses. Ahora, nueva investigación de un equipo de 19 miembros de científicos dirigido por Aaron Lindenberg en Stanford ha demostrado que la memoria de cambio de fase puede comenzar a cambiar entre sus dos estados (amorfo y cristalizado) en el picosegundo escala de tiempo. La DRAM convencional funciona en escalas de tiempo de nanosegundos, lo que significa que, en teoría, la memoria de cambio de fase podría ser miles de veces más rápida que la RAM convencional.

Brecha de memoria.

La brecha entre la memoria y el rendimiento de la CPU



En teoría, la memoria de cambio de fase podría eventualmente presentar una solución al llamado muro de la memoria o brecha de memoria. El principal problema con DRAM es que, si bien las velocidades de reloj de la memoria han aumentado enormemente durante los últimos 30 años, la latencia de la memoria ha disminuido mucho más lentamente. Normalmente, la latencia aumenta con cada salto de velocidad del reloj; El tiempo de ciclo de la celda de memoria de DDR4-3200 en nanosegundos está aproximadamente a la par con DDR3-1600, y DDR3-1600 está a la par con DDR-400.

Memoria de cambio de fase(PCM) funciona cambiando entre dos estados: un estado amorfo con alta resistencia y un estado cristalino con baja resistencia. La pregunta que el equipo del Dr. Zalden se propuso responder es qué tan rápido la memoria de cambio de fase comienza a cambiar de una a otra, y si podemos aprovechar la velocidad.

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Aquí es donde las cosas se ponen un poco raras. Lo que el equipo del Dr. Zalden encontró es esencialmente esto: exponer la memoria de cambio de fase a un pulso eléctrico de 0.5 THz durante picosegundos a la vez puede crear filamentos cristalizados que se pueden medir y, teóricamente, usar para almacenar datos. Recuerde, la memoria funciona fundamentalmente creando un estado medible que podemos etiquetar como 0 o 1 (encendido o apagado). La capacidad de crear filamentos de cristal dentro de una celda de memoria en la escala de tiempo de picosegundos significa que la memoria de próxima generación finalmente podría cerrar la brecha de latencia con las CPU.

Estos filamentos cristalinos surgen cuando la mayor parte del material todavía es amorfo, pero representan una diferencia de estado que puede medirse y, por tanto, utilizarse. Si necesita una analogía aproximada, imagine un pantano o un pantano que se extienda por millas. Las personas que deseen cruzar el pantano deben cruzarlo a pie. Drenar y dragar el pantano sería extremadamente costoso y requeriría mucho tiempo. Lo que muestra este trabajo de investigación es que es posible crear un puente flotante a través del pantano sin tomarse la molestia de drenar el todo área - y este puente también se puede revertir (eliminar, en nuestra analogía) sin dañar el material subyacente. Si deja el puente en su lugar, permanecerá allí y continuará brindando una función útil, lo que reducirá drásticamente el tiempo que lleva cruzar del punto A al B.

THz-campo

Dicho esto, existen algunas barreras importantes entre nosotros y la memoria que son órdenes de magnitud más rápidas que cualquier cosa en los estantes de las tiendas en la actualidad. Hasta donde sabemos, no se han creado pulsos de THz en las placas de circuitos; la señal no se propaga bien por los delgados cables de cobre utilizados en los diseños modernos. Ahora que sabemos que la memoria de cambio de fase puede cambiar tan rápidamente, sin embargo, también sabemos que hay más margen de maniobra potencial en el diseño de lo que algunos habían pensado anteriormente.

Esto es más crítico de lo que piensa. Un tema que hemos cubierto repetidamente en 2007es.com es el costo en rápido aumento de las fábricas y fundiciones de próxima generación. Estos costos deben estar justificados por las ventas de productos y el rendimiento general, y aunque podría pensar que esto hace que las empresas tengan hambre de encontrar soluciones, también las hace desconfiar de apostar por tecnologías no probadas que podrían nunca alcanzar su potencial. Probar que la memoria de cambio de fase puede operar en escalas de tiempo de picosegundos no garantiza que la tecnología reemplace la DRAM, pero sí demuestra que PCM podría potencialmente operan a frecuencias que la DRAM no puede tocar.

Hablamos con Peter Zalden, primer autor del artículo, quien nos confirmó que la fuerza de la investigación actual es que confirma la velocidad del PCM al mismo tiempo que ofrece una solución de mucha menor potencia debido a la ausencia de corrientes de fuga. Dado que Intel Tecnología de memoria Optane Si al menos se teoriza que se basa en algunos principios de la memoria de cambio de fase, es posible que veamos un enfoque renovado en esta tecnología durante los próximos años.

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