NAND-Flash-Ersatz drängt aus den Laboren

ForschungNAND-Flash hat sich aktuell als nichtflüchtiger Speicher auf Halbleiterbasis durchgesetzt und wird in SSDs, USB-Sticks, Handys und anderen Gadgets verwendet. NAND-Flash ist bei weitem nicht die perfekte Technik, bietet aber hinreichend große Speicherdichte und -geschwindigkeit zu einem gerade noch vertretbaren Preis. Schon jetzt sind aber begrenzende Faktoren, wie etwa das Absinken der Haltbarkeit bei weiterem Shrinken der Technologie ersichtlich. Die im Vergleich zu HDDs hohen Geschwindigkeiten der SSDs werden auch nur durch aufwendige Controller erreicht, welche mehrere Flashbausteine gleichzeitig ansteuern. In Laboren existieren aber bereits Speicherbausteine, die nicht nur schneller als NAND-Flash sind, sondern offenbar sogar die Geschwindigkeiten von flüchtigen Speichermedien, wie dem gewöhnlichen RAM, erreichen.

HP will im Jahr 2013 erste ReRAM-Produkte auf den Markt bringen. Als Speicherbausteine dienen Zellen bestehend aus mehreren Schichten in Halbleitertechnik auf einen Wafer prozessiert und mit Steuerungslogik verdrahtet. Durch Anlegung einer Steuerspannung wandern Teilchen aus einer Schicht in die andere, was den Gesamtwiderstand der beiden Schichten verändert. Dieser Gesamtwiderstand dient letztendlich dann als Level für einen bestimmten gespeicherten Zustand, der dann ausgelesen werden kann. So ist der prinzipielle Aufbau eines Speicherbausteins, der dann auch Memristor bezeichnet wird. Der Memristor steht für einen Baustein, der Widerstandzustände speichern kann.

Bereits im Jahr 2010 hat HP die Erfolge im Labor vermeldet und im selben Jahr auch die Kooperation mit dem Halbleiterspeicherhersteller Hynix angekündigt, um die Technik aus den Laboren auf den Markt zu bringen. Inzwischen hat man mit Hynix laut HPs Forscher Stan Williams „schon hunderte Wafer gefertigt“ und ist damit „aktuell viel weiter als man gedacht hat." Diese Erfolge veranlassten dann letztendlich auch die Ankündigung von möglichen Produkten im Jahr 2013, sogar SSDs mit der Memristortechnik wurden in anderthalb Jahren von heute aus in Aussicht gestellt. Ferner will man dann im Jahr 2014 oder 2015 mit der Memristortechnik auch das gewöhnliche DRAM angreifen und ersetzen.

HPs Memristortechnik wird in Dünnschichttechnik prozessiert. Es ist möglich, mehrere Schichten übereinander zu packen, so dass auch leicht möglich wird, die Speicherzellen direkt auf den Prozessor zu prozessieren und damit den Speicher näher an den Prozessor zu bringen, was zu weiteren Geschwindkeitsvorteilen führen würde.

Insgesamt betrachtet bietet die Technologie viel Potential und HP ist auch ein großes Unternehmen, welches auch selbst Speicherlösungen wie SSDs und RAM verbaut, so dass auch das Einbringen von fertigen Produkten in den Markt vertriebsbedingt leicht umzusetzen wäre. Zudem erlaubt HP aber auch durch Lizenzierung anderen Unternehmen ebenfalls, diese Technik zu verwenden.

Die Erforschung von Speicherzellen, die die Nachteile von NAND-Flash reduziert oder ganz egalisiert, ist aber auch bei anderen Unternehmen im vollen Gange. Der zweitgrößte Halbleiterhersteller Samsung hat z.B. bereits PRAM vorgestellt und fertigt diesen inzwischen auch. Leider sind bei dieser Technik die Kosten pro GB aber noch viel zu groß. Aber auch andere Unternehmen, wie etwa NEC mit seinem MRAM, sind auf diesem Forschungsgebiet tätig und auch Start-Ups und Forscher von Universitäten versuchen, neue Wege zu finden und schnelleren und günstigen nichtflüchtigen Speicher auf Halbleiterbasis zu entwickeln.


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