Выполнили ученики 10 класса МБОУ-СОШ с.Красное Знамя Бугров Денис Грибанова Наталия 2011-2012 у.г.

Запоминающие устройства будущего — это компактные и недорогие носители с более высокой скоростью работы, нежели у SSD-накопителей на основе микросхем флеш-памяти.
Твердотельные диски в настоящее время поль­зуются огромной популярностью — носители данных на основе ячеек флеш-памяти встре­чаются практически везде: в планшетах, смарт­фонах, ноутбуках и даже десктопных компью­терах. Эти быстрые запоминающие устройства обеспечи­вают высокую производительность в сочетании с мошной аппаратной частью. В качестве возможных преемников твердотельных нако­пителей на основе флеш-памяти рассматриваются раз­личные технологии хранения данных. В разработ­ке высокоскоростных запоминающих устройств буду­щего участвуют такие крупные компании, как IBM, Toshiba и Fujitsu. Только они располагают ресурсами, достаточными для изучения десятков способов создания запоминающего устройства с более высокими скоростью чтения и записи, надежностью хранения данных и энергоэффективностью по сравнению с SSD-накопителями.

Накопитель S0N0S: ловушка электронов — ключ к высокой производительности.
Попытка решения именно данной проблемы была пред­принята при создании накопителя на основе памяти SONOS. В разработанной компаниями Philips и Spansion технологии для записи требуется в два раза меньшее напря­жение по сравнению с флеш - памятью. Благодаря этому накопитель на основе SONOS способен выдержать в 1000- 10 000 раз больше циклов перезаписи.
Ячейки SONOS - памяти имеют такую же структуру, как и у флеш - памяти, однако запоминающий элемент состоит не из кремния, а из нитрида кремния. Данный материал обладает более равномерной молекулярной структурой, что позволяет прочно удерживать электроны. Поэтому изоляционный слой может быть тоньше и иметь менее сложное строение, что обеспечивает высокую компактность и простоту тех­нологии производства.

FeRAM: переключаемые молекулы продлевают срок службы.
Вместо 10 000 циклов записи, которые может выдержать флеш - память, ячейка на основе FeRAM, по имеющейся информации, теряет свою способность к хранению дан­ных после 10 квадриллионов циклов перезаписи, то есть она практически вечна. Над этой технологией работают исследователи таких компаний, как Ramtron, Fujitsu и Texas Instruments. В отличие от флеш - и SONOS-памяти ферроэлектрическая сохраняет данные путем смещения атомов — операции, которая теоретически может выпол­няться неограниченное количество раз. К преимуществам FeRAM относится низкое напряже­ние, необходимое для записи данных. В результате тех­нология в сравнении с флеш - памятью обеспечивает наполовину или на четверть более низкое энергопотре­бление. Сам процесс переключения в ячейке памяти FeRAM осуществляется очень быстро: она способна записать бит за один цикл записи продолжительностью 150 не. Это приблизительно в 67 раз быстрее, чем у флеш - памяти, продолжительность цикла записи кото­рой составляет 10 микросекунд.

MRAM: магниты хранят информацию вечно.
Носителем информации в MRAM являются магнитные моменты, обеспечивающие высокую скорость переклю­чения и способные длительное время сохранять свое сос­тояние и изменять его, в отличие от флеш - памяти, не­ограниченное количество раз.Принцип MRAM прост: рядом друг с другом расположены два ферромаг­нитных слоя. Один из слоев постоянно на­магничен в определенном направлении, а у дру­гого этот параметр может изменяться под дейст­вием внешнего поля и принимать одинаковое с пер­вым или противоположное ему направление. Если оба слоя намагничены в одном направлении, то проходя­щий через два элемента ток чтения встретит низкое сопротивление — ячейка примет значение «1». Второй вариант характеризуется высоким сопротивлением, что соответствует значению «О».
MRAM обладает коротким временем отклика — тео­ретически оно может достигать одной наносекунды. Благодаря этому MRAM обеспечивает до 1000 раз более высокую скорость записи, чем флеш - память.

Phase Change Memory: высокая скорость благодаря технологии CD-RW.
Технология Phase Change Memory (память на основе фазового перехода) в перспективе будет обеспечивать в 100 раз более высокую в сравнении с флеш - памятью пропускную способность и большую плотность запи­си данных. В то время как основные методы хране­ния информации основываются на электрических или магнитных эффектах, PRAM работает благодаря физи­ческим изменениям в материале. В ней использует­ся такой эффект, при котором материал фазово­го перехода, сходный с материалами, применяемыми в перезаписываемых оптических накопителях, мо­жет принимать одно из двух состояний — кристаль­ное, характеризующееся низким электрическим со­противлением, и аморфное, в котором данный, пока­затель повышается.
При записи в ячейку под действием импульсов то­ка материал принимает различные состояния. Длинный импульс вызывает плавление материала, который при охлаждении переходит в твердое состояние с беспоря­дочным молекулярным строением, короткий — разогре­вает его до небольшой температуры, при которой образу­ется упорядоченная кристаллическая структура. Как и в случае с MRAM, чтение содержимого ячейки осу­ществляется путем измерения ее электрического сопротивления.

ReRAM и CBRAM: миниатюризация как козырь.
В то время как многие современные технологии хране­ния данных достигли предельных размеров ячеек памя­ти, ReRAM (резистивная) и Conductive Bridging RAM (память с проводящим мостом) позволяют создавать еще более миниатюрные элементы — вплоть до вели­чины нескольких ионов. Обе технологии работают по одному принципу: внутри слоя изоляции создаются токопроводящие мостики (см. схему слева), которые затем ликвидируются. Отличия заключаются в матери­алах. В случае с ReRAM изоляционный слой состоит из диэлектрика — материала, электроны которого не могут свободно передвигаться. В исходном состоянии он блокирует напряжения чтения между электродами, и ячейка принимает значение «0». Для записи «1» кон­троллер подает на электроды высокое напряжение, которое пробивает диэлектрик и оставляет токопрово­дящие каналы. В этом состоянии ток чтения способен преодолеть диэлектрик, и ячейка в качестве записанной информации выводит значение «1». Для записи нуля подается обратное напряжение, которое разрушает соз­данные ранее каналы.

Ячейка памяти CBRAM имеет схожую структуру — раз­ница лишь в том, что один из двух электродов состоит из электрохимически активного материала, например сере­бра, а другой — из неактивного вещества, например воль­фрама. Электроды отделены друг от друга слоем электро­лита, выступающим в качестве изолятора. Таким образом, ток чтения блокируется, в результате чего ячейка при­нимает значение «0». Для записи «1» контроллер подает высокое напряжение на электрод из вольфрама. Благода­ря этому между электродами возникает нанотрубка.
Нанотрубка снижает сопротивление ячейки, в результа­те чего та выводит значение «1». Для перевода ячейки памяти CBRAM в состояние со значением «0» ток течет в противоположном направлении и разрушает нанотрубку.

Прочие технологии: Nano-RAM, Racetrack и Millipede.
Относительно новые проекты вместо электрических цепей предусматривают использование традиционных механиче­ских схем переключения. Примером тому может служить Nano-RAM, о разработке которой было объявлено несколь­ко лет назад американской компанией Nantero, однако до настоящего момента существует лишь прототип данных чипов памяти. По имеющейся информации, они обеспечи­вают высокую плотность записи, а технология основывает­ся на том, что, прилагая напряжение, можно заставить нанотрубку принять одно из двух положений, соответству­ющее определенному сопротивлению. Nano-RAM способна на высокую плотность записи, присущую DRAM-памяти.

В двух других проектах используется принцип работы традиционных жестких дисков, но реализуется он с при­менением нанотехнологий. В Racetrack Memory, над кото­рой помимо компании IBM работает университет Гам­бурга, информация, как и на жестком диске, хранится в намагниченных областях с различной поляризацией, но на фиксированной нанопроволоке. Для чтения или запи­си данных намагниченные области под воздействием электрических импульсов направляются в ту или иную сторону, что позволяет подвести определенную область данных точно под считывающую или записывающую го­ловку. Это объясняет название технологии (в переводе — «гоночная трасса»): области с данными «пролетают» мимо головок чтения и записи подобно болидам «Формулы 1». Технология Racetrack обеспечивает меньшее время откли­ка, чем механические решения. Высокая пропускная способность возможна благодаря параллельной работе бесчисленного количества подобных ячеек памяти.