Nel 2013, il produttore Crossbar ha annunciato la produzione del primo ReRAM chip, noto anche come RRAM o resistivo RAM, con cui hanno promesso a prestazioni fino a 100 volte superiori rispetto alla memoria RAM tradizionale di quel tempo. In questo articolo vi racconteremo cos'è ReRAM, come funziona rispetto alla memoria tradizionale che tutti usiamo ora e cosa gli è successo in modo che sia diventato stagnante.
Come ben sapete, che la tecnologia attuale si stia evolvendo e migliorando la sua efficienza e prestazioni non significa che non vengano esplorate alternative che possano cambiare completamente l'hardware così come lo conosciamo. Una di queste alternative è la memoria resistiva, che combina i vantaggi delle memorie NAND e DRAM in un unico prodotto, offrendo notevoli miglioramenti delle prestazioni, ma che, per qualche motivo, non è arrivata sul mercato.
Cos'è ReRAM, RRAM o memoria resistiva?
La memoria ReRAM è un tipo di memoria non volatile (e questa è una delle differenze rispetto alla normale RAM, che è volatile e ciò significa che quando smette di ricevere alimentazione, i dati in essa contenuti vengono persi) che combina, come abbiamo detto prima, i vantaggi delle memorie DRAM e NAND in un unico prodotto. Si compone di tre strati: uno superiore (elettrodo metallico), uno inferiore (elettrodo non metallico) e uno centrale che funge da interruttore che determina il bit che si sta memorizzando (uno e zeri, essendo un 1 connesso e uno 0 non connesso).
RRAM funziona modificando la resistenza utilizzando un materiale dielettrico a stato solido noto anche come memristance, in modo simile alla memoria CBRAM (Conductive Bridge RAM) e PCM (Phase Change Memory).
ReRAM funziona in modo diverso da come funziona la memoria NAND o la RAM. A differenza della memoria NAND, questa tecnologia non utilizza i transistor per immagazzinare la carica, ma utilizza invece un design a strati per memorizzare i dati. Una cella RRAM ha tre strati con un dielettrico nel mezzo che determina se la cella sta memorizzando uno zero o uno.
Lo strato superiore ha un elettrodo metallico mentre lo strato inferiore ha un elettrodo non metallico, quindi lo strato superiore è in grado di cedere ioni metallici allo strato inferiore creando un filamento conduttivo tra entrambi gli elettrodi quando il dielettrico lo consente, ed è così cambia lo stato tra un valore dell'archivio dati e un altro.
Questo tipo di memoria semplifica notevolmente la complessità del controller, quindi è anche molto più economico da produrre utilizzando materiali molto comuni, non essendo costituito da transistor (che a sua volta semplifica il suo design) e avendo un consumo inferiore (fino a 20 volte inferiore a NAND), con maggiore longevità (10 volte superiore a NAND) e anche con la possibilità di impilarlo per aumentare notevolmente la densità.
Inoltre, uno dei principali vantaggi progettuali di questa tecnologia è che il livello di tensione richiesto è inferiore rispetto ad altre tecnologie, riducendo così i consumi e rendendola molto interessante per sistemi a basso consumo o di potenza. La lettura della memoria è resistiva come suggerisce il nome, il che semplifica anche il circuito di lettura della cella di memoria.
Perché questa memoria non è stata implementata nel mercato?
Come abbiamo visto, la memoria ReRAM sembra avere solo vantaggi e nessuno svantaggio, poiché ha prestazioni migliori, consumi inferiori ed è anche più economica da produrre. Detto questo, è inevitabile chiedersi cosa sta succedendo in modo che non sia già stato impiantato nel mercato, e per rispondere a questa domanda dobbiamo guardare indietro per conoscere la storia del suo sviluppo.
Nel 2012 Rambus ha acquisito una società RRAM chiamata Unity Semiconductor; Panasonic ha rilasciato un kit di valutazione nello stesso anno in modo che i produttori potessero testarne le caratteristiche, ma non è stato fino al 2013 che Crossbar ha introdotto il primo prototipo a forma di timbro in grado di memorizzare 1 TB di informazioni (e ricordate questo era nel 2013, quando 1 TB di stoccaggio era oltraggioso) che ha cominciato a guadagnare importanza e monopolizzare l'interesse dei produttori. L'azienda ha annunciato di aver già pianificato la produzione in serie di questa memoria per il 2015.
Il problema è che i produttori sembrano non essere d'accordo sulla migliore combinazione di materiali per realizzare questo tipo di memoria. Il kit di valutazione iniziale di Panasonic utilizzava ossido di tantalio 1T1R (1 transistor - 1 resistore) come architettura della cella di memoria, mentre il prototipo Crossbar utilizzava una struttura di memoria Ag / a-Si-Si che sembrava una CBRAM ma basata sull'argento. Da allora abbiamo visto parecchi prototipi ReRAM basati su diversi materiali elettrici, dalle perovskiti (PCMO), agli ossidi di metalli di transizione (NiO o TiO2) ai calcogenuri a cambiamento di fase (Ge2Db2Te5).
Per ora, la terminologia e l'applicabilità di un memristor a qualsiasi dispositivo fisico continua a essere discussa. È ancora controverso se gli elementi di commutazione resistivi RRAM siano coperti dall'attuale teoria dei memristori, e a questo bisogna aggiungere che non sono poche le aziende che stanno ancora sviluppando la loro ingegneria, quindi insomma, nessuna azienda ha ancora presentato un modello definitivo che può essere prodotto in serie per l'uso in dispositivi reali.
Sebbene questa tecnologia sia anticipata come possibile sostituzione della memoria Flash (non RAM), il rapporto costi / benefici e le prestazioni di produzione di ReRAM non hanno dimostrato alle aziende di prendere in considerazione la possibilità di apportare una modifica o avviare la produzione di massa. C'è una lunga lista di materiali, come abbiamo detto, che possono essere utilizzati per fabbricare questo tipo di memoria, e poiché ogni tanto ci sono scoperte di nuove tecnologie o materiali per questo, per ora non hanno concordato e, per questo non è ancora prodotto.
