ذواكر حاسوبية ذات كثافة فائقة

اكتشف الباحثون طريقة جديدة لتصنيع الشرائح التي تستطيع تخزين عدة تيرابايتات (Terabytes) في الهواتف الذكية.

نوع جديد من الذواكر الحاسوبية يسمح لك نظرياً بتخزين عشرات أو حتى مئات من البيانات على هاتفك الذكي. قام الباحثون في جامعة رايس (Rice University) بتمثيل طريقة عملية أكثر لتصنيعها.

نتحدث هنا عن نوع محدد من الذواكر، نتحدث عن ذاكرة الوصول العشوائية المٌقاومة (Resistive Random Access Memory “RRAM” )، التي يتم تطويرها في عدة شركات، لكن تصنيعها يحتاج درجات حرارة عالية أو فرق كمون عالي، و ذلك يجعل عملية الإنتاج صعبة و مكلفة. وجد الباحثون في جامعة رايس طريقة لتصنيع RRAM ضمن درجة حرارة الغرفة و بفرق كمون أقل بكثير.

كذاكرة الفلاش، تخزن RRAM البيانات دون مصدر طاقة ثابت. في حين تخزن ذاكرة الفلاش بيتات Bits المعلومات على شحنة في ترانزيستور، تقوم RRAM بتخزين البيتات Bits باستخدام المقاومة. بالتالي يحتاج كل Bit مساحة أقل، مما يزيد من كمية المعلومات التي يمكن تخزينها ضمن نفس المساحة.

وأكثر من ذلك، من السهل تكديس طبقات RRAM، مما يساعد أكثر في زيادة كمية المعلومات التي يمكن تخزينها في شريحة واحدة. كما تعمل RRAM أسرع بمئة مرة من ذاكرة الفلاش. تستطيع بعض النماذج الأولى تخزين معلومات بكثافة كافية بحيث نحصل على رقاقة تيرابايت بحجم ختم بريدي.

” لماذا لا تملك كلّ الأفلام التي تريديها على الآيفون؟ ليس السبب أنك لا تريد ذلك، بلّ لأنك لا تمتلك المساحة الكافية” يقول James Tour، بروفيسور في علم المواد في جامعة رايس و الذي يترأس هذا العمل.

تحقق العديد من الشركات تقدماً بتسويق الـRRAM. و تخطط شركة ناشئة تدعى Crossbar لإطلاق أول منتج لها -المخصص للرقاقات المضمنة التي تتواجد في لوحات تحكم السيارات أو آلات صنع القهوة- في نهاية السنة. و يقول Tour أنه يتوقع إنهاء صفقة الرخصة مع شركة (غير مسماة) لتصنيع الرقاقات في غضون أسبوعين.

تبدأ عملية Tour بطبقة من ثنائي أكسيد السيلكون مليئة بثقوب صغيرة – كلّ منها بعرض 5 نانومتر. هذه الطبقة المسامية يتم وضعها بين طبقتين رقيقتين من المعدن، تعملان كالكترودات. يتم تطبيق كمون يجعل المعدن يعبر إلى الثقوب، مشكلاً رابطة كهربائية بين الالكترودات.

أخيراً يطبق الباحثون كموناً أخراً يتسبب بكسر صغير ضمن المعدن الموجود في الثقوب، و تجمع السيلكون في تلك الفجوة.

يمكن تخزين البتات Bits بتغيير ناقلية السيلكون و ذلك بنبضات كهربائية ذات كمون منخفض. تحتفظ الـRRAM بالحالة التي وضعت فيها إلى أن تقوم نبضة أخرى بإعادة الكتابة عليها.

يحتاج التصميم الجديد كمون منخفض أكثر من التصاميم السابقة. و هذا يجعلنا نتجنب الأضرار خلال عملية التصنيع، و يعني ذلك أنه يمكن تشغيل الذاكرة مئات آلاف المرات أي أكثر بمئة مرة من النماذج السابقة. و يمكن تصنيع هذه الذاكرة ضمن درجة حرارة الغرفة مما يسهل مكاملة مخزون الذاكرة مع الالكترونيات الأخرى على الرقاقة.

ستكون الـ RRAM الجديدة أكثر قابلية للتكديس. بدأ بعض المصنعين بتقديم ذاكرة الفلاش ذات طبقات متعددة. على سبيل المثال، تصنع Samsung نسخة قد تتضمن 24 طبقة. و لكن تحتاج وحدة الذاكرة الفردية في رقاقة ذاكرة الفلاش ثلاث روابط، مما يجعل الطبقات المتعددة للذاكرة أمراً صعباً و مكلفاً. أما تصميم RRAM الجديد يحتاج وصلتين فقط. نظرياَ، يقول الباحثون في جامعة رايس، يمكنك تصنيع مئات الطبقات كلٍّ منها في غاية الرقة لدرجة تسمح للشريحة الالكترونية أن تتوضع بسهولة داخل الأجهزة الالكترونية المتنقلة.

هذا العمل الجديد يعتبر “خطوة هائلة إلى الأمام” يقول Wei Lu، بروفيسور في هندسة الكهرباء و علوم الحاسوب في جامعة ميشيغان، و الشريك المؤسس لشركة Crossbar. ويتابع بأنه يوجد خيارات متعددة لجيل جديد من شرائح الذاكرة، و أنه إيصال هذا التقدم إلى السوق له الكثير من التحديات. ” يمكنك تحويل و تغيير العديد من المواد، و لكن إنشاء منتج جديد هو أمر مختلف كلياً.”

المصدر