Прорывные технологии и экономика изобилия для всей планеты!

Новый вид магнитной памяти

Часто спрашивают где результаты работы и что предлагает Глобальная волна. Глобальная волна занимается поиском прорывных технологий и инициирует процессы для реализации технологий на территории России. Вот одна из технологий, не имеющая аналогов в мире.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПО НОВОМУ ВИДУ МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ С ПРОИЗВОЛЬНОЙ ВЫБОРКОЙ

Аннотация
Память для вычислительных систем существует, и мировой годовой объем рынка составляет десятки миллиардов долларов.
Know-how заключается в новом принципе управления выборкой информации из накопителя памяти, построенного на ферромагнитных элементах. Реализация этого предложения означает следующее:
• Становится возможным создание устройств памяти, в том числе оперативной, которые по своим основным эксплуатационным характеристикам – емкость, быстродействие – значительно лучше современных аналогов (см. пример в конце данного материала),
• Новые устройства памяти будут обладать дополнительными преимуществами, а именно, способностью работать в диапазоне низких значений – единицы вольт — напряжения питания, нетребовательностью к постоянству параметров запоминающего материала, повышенной стойкостью к ионизирующим излучениям,
• Новые устройства памяти будут значительно дешевле в расчете на один бит информации,
• Новые устройства памяти используют существующие, хорошо отработанные технологии в микроэлектронике и не требуют длительной и дорогостоящей научно-исследовательской и опытно-конструкторской фазы разработки.
• Становится принципиально возможным совмещение логических функций и функций памяти на одном кристалле, т.е. создание компьютеров с концептуально иной, чем сейчас, архитектурой.

1. Краткое сравнительное описание видов памяти.
1.1. Иерархия быстродействия, энергозависимая и энергонезависимая память, качества идеальной памяти.
Память — один из базовых компонентов информационно-вычислительной техники, жизненно необходимый ей с самого начала компьютерной эры. Память, как неотъемлемый атрибут архитектуры компьютерных вычислительных систем был провозглашен еще в то время, когда сам компьютер был лишь на бумаге. На данный момент своего развития память вычислительной системы не представляет единого устройства, расположенного в одном месте. По своим характеристикам она неоднородна и образует некую иерархию уровней для сглаживания разницы между скоростью работы процессора и временем выборки из памяти. Основные уровни иерархии, расположенные в порядке убывания быстродействия: регистры, кэш-память, оперативная память, дисковая память. Первые три уровня представляют собой энергозависимую (информация теряется с выключением питания) область временного хранения данных и вычислений, а последний – энергонезависимую — долговременную память или область хранения данных.
В идеальном случае хорошо иметь одну память, сочетающую в себе преимущества всех существующих видов памяти, а именно, быстродействие, большой (в принципе неограниченный) объём, энергонезависимость и дешевизна – вот критерии идеальной памяти. Магнитная память, построенная с использованием предлагаемого know-how, удовлетворяет этим критериям.

1.2. Оперативная память
Оперативная память является ключевым звеном в достижении этого идеала. Современная оперативная память представляет собой динамическое запоминающее устройство, ядром которого является конденсатор и управляющий транзистор. Доминирующее положение данный вид памяти занял благодаря сравнительно низкой стоимости на бит хранимой информации (розничные цены в России – примерно 0.3$/1 Мб), высокой плотности размещения элементов на кристалле и достаточно высокому быстродействию (время доступа к информации – 40-60 нс). Но такая память обладает и существенными недостатками, принадлежащими ей из-за её архитектурных особенностей. Все эти недостатки связаны с основным элементом хранения информации – конденсатором. Как всякий емкостной элемент, он обладает током утечки и, следовательно, через некоторое время может полностью разрядиться и потерять хранимую информацию. Для этого предусмотрена процедура восстановления информации (регенерация), во время которой память ни для кого не доступна, что снижает вычислительную мощность системы. Далее, емкость такого конденсатора очень мала и при считывании данных он полностью разряжается, поэтому информацию нужно снова восстанавливать. Таким образом, данная память не очень хороша для настольных систем потому, что при её использовании нельзя достигнуть максимальной производительности, а для бурно развивающейся отрасли мобильных систем и устройств она плохо подходит, т.к. для хранения информации постоянно требует дополнительной энергии и теряет всю информацию при пропадании питания.

1.3. Флэш-память
Кроме ферромагнитной, существует только один тип энергонезависимой памяти – флэш память. Память этого типа возникла из ПЗУ – постоянных запоминающих устройств. В настоящее время считывание информации из этой памяти происходит со скоростью 60 нс/1 байт, однако запись – на два порядка более медленно, со скоростью 9 мкс/1байт, кроме того, требуется предварительный цикл стирания информации. Розничная цена такой памяти сравнима со стоимостью оперативной памяти и составляет примерно 0.16 $/1 Мб. Эта память получила большое распространение в таких устройствах, как диктофоны, плееры, фотоаппараты, внешние запоминающие устройства по USB-порту и т.п. Ясно, что в силу присущих этому виду памяти особенностей, она не годится для использования ни в оперативной памяти, ни в дисковой памяти.

Дисковая память
Дисковая память является энергонезависимой, может быть весьма большого объема (например, 200 ГБ), и на два порядка дешевле оперативной памяти в расчете на единицу хранимой информации, однако она на четыре порядка более медленная, чем оперативная память. Предлагаемое know-how фактически превращает дисковую память в оперативную, при этом доступ к информации осуществляется электронным, а не механическим способом.

2. Потребность в энергонезависимой «быстрой» памяти.
При переходе, в своё время (конец 60-х годов), на полупроводниковую интегральную память утрата энергонезависимости не казалась большой потерей. Так было до взрывообразного появления устройств, требующих энергонезависимой долговременной памяти, которая к тому же могла бы выполнять функции оперативной памяти.
Тысячи и тысячи этих устройств нового поколения вошли в наш быт и всем им требуется память, способная работать тогда, когда они выключены (а это большая часть времени), способная хранить данные при отключенном питании как можно дольше и при этом настолько быстрая, чтобы исполнять обязанности оперативной памяти, для снижения стоимости этих и без того дорогих товаров. Помимо этой Hi-Tech — области подобная память пригодилась бы и для обычных персональных компьютеров, где в последнее время все больше требуются носители информации повышенной надежности без движущихся частей. Спрос на такую память растёт.
3. Краткий обзор исследований
Исследования в направлении создания энергонезависимой быстрой памяти были начаты уже достаточно давно (более 10 лет назад) и их результатом стало появление нескольких перспективных (теоретически) технологий, таких как Ferroelectric RAM (FRAM), Ovonic Unified Memory (OUM) и Magnetoresistive RAM (MRAM). В большей степени заявленным условиям удовлетворяет технология MRAM.
Запоминающий элемент MRAM во многом похож на магниторезистивные головки, нашедшие широкое применение в современных жестких дисках. Он представляет собой некий «бутерброд» (сэндвич) из ферромагнитных слоёв, разделённых прослойкой немагнитного материала. Сопротивление такого элемента определяется ориентацией магнитных моментов ферромагнитных слоёв. Таким образом, элементарной ячейкой хранения или ядром новой (возможно) памяти станет магниторезистивный элемент и управляющий транзистор. От существующей памяти она будет отличаться только новым более быстрым энергонезависимым элементом хранения информации, но при этом не затрагивает традиционных основ архитектуры. В разработке данных направлений участвуют ВСЕ мировые производители чипов и микросхем памяти. Но, несмотря на такой длительный срок, решение этой задачи находится на стадии лабораторных исследований. Это, пожалуй, единственный случай в истории микроэлектроники, когда так долго не удается справиться с проблемой. Возможно потому, что данное архитектурное направление себя уже исчерпало. Предлагаемое know-how решает проблему.

4. Некоторые характеристики предлагаемого решения
В отличие от пути, по которому идут ведущие фирмы при разработке новой энергонезависимой памяти, группа разработчиков предлагает новое, более перспективное направление развития устройств памяти – магнитная память.
Предлагаемый нами путь развития связан с изменением принципа работы одного из традиционных устройств выборки магнитной памяти.
Использование данного решения приводит к тому, что такое запоминающее устройство (ЗУ) по своим потенциальным возможностям не имеет ограничений по быстродействию, ёмкости, надёжности и экономичности. Его ёмкость ограничена лишь технологическими возможностями производителя, а в процессе производства не нужны жёсткие требования к точности воспроизведения параметров магнитных элементов.
Быстродействие ЗУ приближается к скорости переключения магнитного элемента и ограничено только свойствами используемого магнитного материала.
Накопитель такого ЗУ не требует транзистора на каждый элемент памяти, как в существующих технологиях (например, микросхема динамической памяти ёмкостью 512 Мбит содержит, не считая электроники управления, более 512 000 000 транзисторов матрицы памяти). Он состоит исключительно из координатных шин и магнитного материала, поэтому долговечен и по отношению к сроку службы ничего не стоит.
Помимо перечисленных выше критериев идеальной памяти, данный вид памяти добавляет ещё один – это возможность выполнения логических операций внутри самой памяти, что предоставляет новые возможности в проектировании компьютеров.
Из сказанного следует, что предлагаемое ЗУ по совокупности решаемых проблем и эксплуатационных характеристик в настоящее время не имеет аналогов по своим потенциальным возможностям.

5. Пример возможного коммерческого использования предлагаемого know-how.
В настоящее время в массовом производстве и продаже имеются накопители на жестких магнитных дисках емкостью, например, 200 ГБ. Это означает, что современные технологии позволяют в весьма ограниченном пространстве разместить единицы тера бит ячеек магнитной памяти. Считывание-запись информации в таких устройствах организовано не электронным, а механическим образом – этот процесс обеспечивается высокими скоростями вращения дисков, наличием считывающих-записывающих головок – следовательно, эти устройства содержат дорогостоящую механическую часть и, следовательно, имеют сравнительно большое – порядка миллисекунд – время доступа к информации. Предлагаемая архитектура построения магнитной памяти позволяет организовать электронное управление процессом считывания-записи информации, при этом время доступа становится равным 1-10 нс (определяется физическими характеристиками используемого ферромагнитного материала).
Из этого следует, что предлагаемая архитектура построения памяти, совмещенная с имеющейся технологией производства ячеек магнитной памяти, позволяет создать энергонезависимый накопитель емкостью порядка единиц тера бит (вообще говоря, границ здесь не видно) со временем доступа порядка 1 – 10 нс. Очевидно, что такие накопители могут выполнять функции той памяти, которая в современных архитектурах компьютеров называется оперативной, причем эксплуатационные характеристики таких устройств (емкость, быстродействие) будут в несколько раз лучше, а стоимость – больше чем на порядок меньше существующих аналогов.
Годовой мировой объем рынка таких видов памяти составляет, по данным, почерпнутым из Интернета, пятьдесят миллиардов долларов США, отсюда следует значимость предлагаемого технического решения и его привлекательность для инвесторов и посреднических фирм.

 

Случайная цитата

Праздность — мать скуки.

— Стендаль

Подписаться на блог по эл. почте

Укажите свой адрес электронной почты, чтобы получать уведомления о новых записях в этом блоге.

Авторизация

Регистрация временно закрыта

Друзья и партнеры

Неофициальные зеркала сайта:
http://globalwave.ru
http://globalwave.chat.ru 
(под редакцией Панова А.)


Я-Свет

YaSvet-logo


Комплекс Valena SV (Валена СВ)

SV-logo


«Политическая кибернетика»

pimgpsh_fullsize_distr
Translate »