Технология флэш-памяти нового рода с большей емкостью и более длительным сроком службы, с меньшей потребностью в электроэнергии уже вскоре может прийти на смену современным твердотельным накопителям.

Компания Nanochip объявила, что ее сотрудникам в рамках исследований, посвященных созданию перспективных устройств памяти, удалось сделать открытие, благодаря которому уже в 2009 году она сможет предоставить потенциальным производителям работающие прототипы. Три инвестиционных фонда, в том числе Intel Capital, недавно выделили компании 14 млн долл. В Nanochip работают над этой технологией с момента основания компании в 1996 году.

"Эта технология спасет закон Мура, - уверен директор Nanochip Гордон Найт. – Она должна пережить, по крайней мере, десять поколений микросхем".

В соответствии с действующим десятилетиями эмпирическим законом число транзисторов, размещаемых на интегральной схеме, удваивается примерно каждые полтора года. Считается, что флэш-память может достигнуть физического предела миниатюризации при норме проектирования примерно 32 нм.

И в этой ситуации, по словам Стивена Лея, наступает расцвет технологий, подобных технологии Nanochip.

"Закон Мура напрямую связан с использованием методов литографии, - считает Лей, член технического консультативного совета Nanochip, вице-президент по бизнес-разработкам компании Ovonyx и бывший вице-президент группы флэш-памяти Intel. - Каждые полтора года производителям приходится покупать новую машину, которая позволяет печатать все меньшие по размеру платы".

Устройства памяти, построенные по принципу массивов (array-based memory), используют наборы микроскопических "игл" для считывания и записи данных. Плотность хранения при этом определяется не возможностями литографии, а точностью перемещения игл. "Если Nanochip может перемещать иглы, скажем, на одну десятую расстояния, определяемого нормой проектирования, тогда можно получить в 100 раз большую плотность, не меняя литографической матрицы, - пояснил Лей. – И больше не придется покупать все новое и новое оборудование".

Лей заметил, что, в принципе, Nanochip может добиться того, что за один шаг игла будет перемещаться на расстояние в один атом. В компании утверждают, что современное поколение игл имеет радиус действия менее 25 нм, но она планирует в конечном итоге создать иглы, радиус действия которых можно уменьшить до двух-трех нанометров. Такой масштаб, как подчеркнул Найт, позволит за 10–12 лет разработать модуль памяти емкостью более 1 Тбайт. Он рассчитывает, что модели первого поколения, появление которых ожидается в 2010 году, будут иметь емкость более 100 Гбайт, но более реалистичное число – это "десятки гигабайт" на один чип, то есть емкость, сравнимая с емкостью современного поколения устройств флэш-памяти.

Найт уверен, что технология Nanochip найдет свое применение в USB-картах памяти, твердотельных накопителях и даже в серверных системах хранения корпоративного класса. В каждом случае, как он считает, новая память дает свои преимущества.

Как отметила Марлен Бурне, глава аналитической компании Bourne Report, в отличие от флэш-памяти типа NAND, для которой частые модернизации методов литографии требуют создания все более дорогостоящего производства, Nanochip может изготавливать свои микросхемы на уже существующем недорогом оборудовании.

"Можно использовать уже имеющееся оборудование и адаптировать его к своим требованиям, - подчеркнула она. – Те же самые инструменты, оборудование, материалы, основные этапы обработки. Вы попросту создаете трехмерные объекты вместо плоских интегральных схем".

Это может дать преимущество в цене перед твердотельными носителями, которые сейчас, как правило, стоят 15–18 долл. в расчете на гигабайт.

Как и твердотельные носители, память на базе массивов в незначительной степени задействует механические элементы, что снижает уровень энергопотребления и уровень выделяемого тепла. Механизм, используемый для движения игл, по словам Лея, очень низкоэнергоемкий. Так как устройства памяти, основанные на технологии Nanochip, просты и не включают сотен компонентов, в отличие от жестких дисков, они отличаются большей надежностью.

В отличие от традиционных серверных систем хранения на базе жестких дисков, как заметил Найт, технология компании предотвращает проблемы с очередностью обработки запросов, которые возникают, когда несколько пользователей одновременно пытаются получить доступ к данным.

"Когда у вас есть такое устройство памяти - у вас есть множество точек доступа", - сказал он. Внутренний контроллер в Nanochip "опускает" в устройство массив игл, и считывает массив данных.

Технология на базе массивов не является чем-то новым или уникальным, отметила Бурне, однако в Nanochip применяют ее несколько необычным образом: "Иглы, которые формируют основу ее технологии хранения, совсем не те, что применяются в атомно-силовых микроскопах".

В конце 90-х годов сотрудники лаборатории IBM Zurich Research Laboratory первыми продемонстрировали схожую технологию. В проекте Millipede ("многоножка") использовались микроэлектромеханические системы (Micro-Electro-Mechanical System, MEMS). Проект Millipede опирался на исследования в области нанотехнологий, в рамках которых отдельные атомы железа помещались с особой точностью на специальным образом подготовленную медную поверхность. Данное исследование в свое время даже принесло Нобелевскую премию по физике двум ученым из корпорации IBM.

В устройстве Millipede с помощью микроскопической иглы делается выемка на полимерном материале. Каждая такая выемка соответствует одному биту; именно из таких действий и состоит операция записи. Эти углубления затем могут быть удалены с поверхности материала; это соответствует операции удаления.

За счет использования целого набора игл система хранения на базе массивов поддерживает высокую скорость передачи данных, причем каждая игла может независимо писать, читать и удалять данные в своем собственном поле хранения.

Если Millipede делает выемки на пластике, то в Nanochip, по словам Найта, нашли лучший материал для процесса чтения и записи (он отказался назвать этот материал). Полтора года назад, как сообщил Найт, компания создала новый тип носителя, который выдерживает неограниченное число операций записи: "Этот носитель абсолютно не изнашивается".

Аналитик компании In-Stat Стив Куллен уверен, что Nanochip лицензирует материал на базе халькогенидного стекла, созданного в Ovonyx. Лей, который работает и в Ovonyx, отказался дать комментарий по поводу того, какой материал применяет Nanochip, отметив, что работы по материалам с изменением фазового состояния, выполненные в Ovonyx, связаны с сокращением нормы проектирования в современных полупроводниковых технологиях.

"Потенциальное препятствие на пути совершенствования технологии Nanochip, - подчеркнул он, - состоит в том, что иглы, имеющие радиус действия менее 25 нм, могут очень быстро изнашиваться".

Покрытие игл станет особенно важным, если запоминающие устройства, построенные по принципу массива, будут использоваться в системах хранения данных в серверах. Лей согласен с ним. Он тоже считает, что иглы – это серьезная проблема, поскольку они находятся в механическом контакте с поверхностью материала.

Найт, отказавшийся уточнить, как именно Nanochip разрешила проблему с покрытием игл, настаивает, что его компания добилась прорыва в своих исследованиях в ее решении.

Куллен из In-Stat утверждает, что новая технология найдет свое применение как альтернатива жестким дискам в мобильных компьютерах.

"Думать о емкости в 100 Гбайт меня заставляет мысль о том, что в этом случае мы получаем прекрасное решение, которым можно заменить жесткий диск в ноутбуке, - заметил он. – Нужно приблизиться по цене к дискам, а затем предложить и другие преимущества. Так, новое решение обеспечивает меньшее энергопотребление. Оно может быть более надежным".

В Nanochip уверены и в том, что смогут выпустить продукт в том же форм-факторе, что и существующие диски. "Мы сделаем интерфейс, который позволит поддерживать 'горячее подключение', - добавил Найт. – Это новая технология, но мы хотим, чтобы она хорошо подходила для тех систем, в которых будет применяться".

Нерешенным для Nanochip остается серьезный вопрос - удастся ли компании создать работающие прототипы с теми преимуществами в цене, которые, как предполагается, сможет обеспечить технология на базе массивов, по сравнению с традиционными видами памяти. Тот факт, что в IBM, по-видимому, отказались от исследований в рамках проекта Millipede, не смущает Бурне. Фактически, как отметила она, несколько человек из числа исследователей IBM в настоящее время консультируют Nanochip. По словам Найта, 50 инженеров и ученых работают над прототипами в разных странах либо как сотрудники Nanochip, либо в организациях, с которыми его компания сотрудничает.

Между тем, в IBM продолжают участвовать в еще одном совместном исследовательском проекте ProTeM, цель которого - создание "терабитной" системы хранения на базе зондов (probe-based memory).

По словам Эванжелоса Элефтериоу, менеджера группы технологий хранения IBM Labs, корпорация создала прототип, имеющий плотность хранения 1 терабайт на квадратный дюйм. Результаты исследования будут опубликованы в статье, запланированной к публикации в IBM Journal of Research and Development. Однако группа не планирует создавать никаких коммерческих продуктов, а оставит это другим компаниям, которые захотят лицензировать результаты этого исследования.

Трудности с внедрением любого нового вида памяти, как заметил Элефтериоу, состоят в том, что флэш-память пока еще имеет неплохие перспективы развития: "К 2010 году появятся модули стоимостью 1 долл. за гигабайт, поэтому будем надеяться, что удельная стоимость памяти на базе зондов будет ниже".

Сейчас, по его словам, интерес к технологии на базе зондов в IBM переместился на другие темы, в том числе касающиеся архивного хранения и литографии без использования масок, то есть на методики, которые предполагают точное размещение на поверхности носителя отдельных молекул.

"Цель нашего исследования – найти средство увеличить скорость функционирования зондов и способ, каким мы изменяем поверхность – то, насколько быстро мы можем делать такого рода вещи… Многие решения взаимосвязаны, от управления позиционированием, до материалов и микроинструментария, микропроизодства, поэтому все вместе это крайне интересно".