IBM slaagt erin 3 bits per cel bij phase-changegeheugen op te slaan

IBM is erin geslaagd drie bits per cel op te slaan in phase-changegeheugen. Het bedrijf wist dit te doen in combinatie met een pcm-array van 64k-cellen. De doorbraak kan de kosten voor het geheugen flink terugbrengen.

Phase-changegeheugen, of pcm, kan met drie bits per cel goedkoper worden dan dram en de kosten kunnen dichter bij flash komen te liggen, zegt Haris Pozidis van IBM's onderzoeksteam voor non-volatiel geheugen in Zürich.

IBM slaagde erin de hoeveelheid opgeslagen bits per cel te verhogen dankzij nieuwe methodes om de staat van de cel te meten of uit te lezen. Deze meetmethoden zijn ongevoelig voor 'drift'. De uitkomst van de meting is afhankelijk van de elektrische weerstand maar drift maakt dat deze weerstand instabiel is, wat de uitkomst potentieel kan verstoren.

Daarnaast houdt IBM rekening met variabelen die van invloed kunnen zijn op de staat van informatie bij de detectie van opgeslagen data, zoals temperatuurschommelingen. Met een testopstelling van vierenzestigduizend geheugencellen wist IBM zo data uit te lezen bij temperaturen variërend van kamertemperatuur tot 80 graden Celsius. Bovendien lukte dit met lage foutmarges, ook nadat het pcm een miljoen keer van staat veranderd of beschreven was.

De toename van de datadichtheid in combinatie met de robuustheid bij het uitlezen maakt pcm een geschikter kandidaat als alternatief voor dram en flash, volgens Pozidis. De wetenschapper denkt aan toepassingen waarbij databases vanuit pcm te benaderen zijn en als alternatief voor flashopslag in datacenters. Pcm zou daarbij als universeel geheugen, dus zowel opslag en werkgeheugen, dienst kunnen doen.

Phase-changegeheugen werkt met een materiaal dat onder invloed van een spanningspuls verandert van een kristallijne structuur in een amorfe structuur en omgekeerd, waarbij de interne weerstand van laag naar hoog en vice versa verandert. Deze instelbare weerstand kan worden gebruikt als datadrager. Pcm combineert de snelheid en zuinigheid van dram met de non-volatiliteit van flash, maar de beperkte dataretentie en de hoge kosten vormden tot nu toe struikelblokken om een bruikbaar universeel alternatief te zijn.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Reacties (12)

[DirtyBird]

Begrijp ik goed dat dit zou betekenen dat als ik, bijvoorbeeld, photoshop installeer, dat dit in principe ook altijd direct aanspreekbaar is? M.a.w., is alle software op je pc dan aanspreekbaar alsof je het venster opent vanuit je taakbalk?
Klinkt te mooi om waar te zijn

[Verwijderd]

In theorie is dit wel wat universeel geheugen ons zou kunnen brengen. Het is echter niet helemaal zo simpel. Momenteel is het onderscheid tussen werk- en permanent geheugen niet alleen de snelheid en permanentie. Er zijn ook andere onderscheiden in hoe het gebruikt wordt.

Denk bijvoorbeeld aan een videobestand. Twintig minuten HD video kost misschien 1 GB aan opslag. In gedecodeerde vorm zal zo'n bestand eerder iets van 180 GB opslag kosten (20 min * 60 sec * 24 fps * 2 MP * 3 byte/pixel). Dat is onpraktisch, en dat zal ook nog wel even zo blijven (immers, met 4K HDR video mag je er zo weer een factor 5 overheen gooien). Dit soort bestanden zullen dus altijd nog in gecodeerde vorm worden opgeslagen, en pas bij run-time worden gedecodeerd, en dan slechts stukje bij beetje. Video is misschien een extreem voorbeeld, maar het principe is (in ieder geval op dit moment) heel breed toepasbaar. Op de harde schijf wordt data opgeslagen op een compacte en vaststaande manier, en in het werkgeheugen wordt data zo opgeslagen dat deze zeer snel te bewerken is, ten koste van de andere kwaliteiten. Dit onderscheid zal niet zomaar verdwijnen met universeel geheugen.

Een ander issue is dat we van bestanden op onze harde schijf verwachten dat ze makkelijk uitwisselbaar zijn. Ze staan op zich zelf. Dit betekent dat je ze bijvoorbeeld makkelijk als een bijlage bij een mail kan versturen, of naar een andere schijf kan verplaatsen. Probeer dit maar eens te doen met een stuk van je RAM! Dat hangt van de pointers aan elkaar, en kan alleen begrepen worden door de juiste PC met het juiste OS in de juiste toestand. Als we van al ons geheugen verwachten dat het zo uitwisselbaar is als de bestanden op een harde schijf, zouden we zeer veel efficiëntie verliezen. Ook dit zal dus niet zomaar verdwijnen met universeel geheugen.

Mijn punt is dus dat er zelfs met universeel geheugen vaak nog een vertaalslag zal zijn van permanente opslag naar een representatie van de data waar daadwerkelijk mee gewerkt kan worden. Er zullen dus nog steeds laadtijden zijn. Maar deze zullen zeker vele ordes van grootte minder zijn dan wat we nu gewend zijn.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 21:23]

[J0mcd]

Dat is in grove lijnen wat het betekend ja. In theorie is met deze techniek geen RAM meer nodig en je opslag wordt dus zowel vaste opslag, werkgeheugen en cache wat voor zo goed als geen laadtijd zorgt!

Wel is het in vergelijking met flash gevoeliger voor datacorruptie, ibm noemt in het artikel dan ook de mogelijkheid tot een hybride tussen flash en PCM waarbij het laatste wordt gebruikt als cache. Dat zal waarschijnlijk dus ook de eerste vorm worden die naar de consument komt.

[Reactie gewijzigd door J0mcd op 24 juli 2024 21:23]

[boner]

Phase-changegeheugen, of pcm, kan met drie bits per cel goedkoper worden dan dram en de kosten kunnen dichter bij flash komen te liggen

ik dacht dat Flash veel ingewikkelder in elkaar zit dan DRAM. Waarom is het dan goedkoper?

Een DRAM cell bastaat uit 1 transistor en 1 condensator. Is een flash cell dan nog eenvoudiger?

[jiriw]

ik dacht dat Flash veel ingewikkelder in elkaar zit dan DRAM.

Dat valt wel mee. Ook bij NAND Flash wordt voor iedere cel gebruik gemaakt van een condensator die lading vast houdt en een enkele 'transistor'/actief element (ik denk eerder een FET) voor de uitlezing.
Maar bij NAND flash wordt er uitgelezen en weggeschreven in hele banken waardoor de aansturingselectronica op de chip minder componenten bevat en je minder adreslijnen gebruikt, terwijl een enkele DRAM chip op bitniveau aanspreekbaar is. Dat maakt de controllerchip voor Flash overigens wel weer wat complexer... maar dat is een enkele controllerchip die nauwelijks in complexiteit hoeft te schalen als het meer NAND Flash moet supporten.

Daarnaast kan je per NAND Flash cel ook nog meerdere bits opslaan (bij de huidige consumenten SSD's zelfs drie bits per cel) terwijl iedere DRAM cel maar een enkele bit opslaat.
Het uitlezen in banken, meerdere bits per cel en de controller die er tussen moet zorgt allemaal voor extra latency. Dat wil je niet in je werkgeheugen en daarom gebruik je daar DRAM voor en niet Flash. Maar ook al is Flash wat complexer dan DRAM per cel, het is mogelijk veel minder complex/goedkoper per opgeslagen bit.

[4play]

ik denk omdat ze er meer van kunnen verkopen.

Ik heb maar een aantal reepjes dram in mijn bezit (in elke PC 2 of 4 reepjes dus 3 pc's = 6x)maar flash kaartjes heb ik er een stuk of 30 van totaal denk ik.

[Mocro_Pimp®]

Dan is dit dus ook het begin van software dat niet meer geladen hoeft te worden. Een grote stap naar de toekomst van informatietechnologie.

[CrazyJoe]

Er moet dan wel goed nagedacht worden over hoe je om gaat met bitrot in systemen die dit soort geheugen gebruiken om hun memory state te maintainen tussen power-cycles. Je wil niet in een situatie terecht komen dat je systeem in een fatal hang-up terecht komt waar je niet meer uit kunt komen omdat er iets in het run-time geheugen omgevallen is.

[markoverklift]

Dat zou je dmv checks kunnen oplossen. Nog steeds zal het sneller booten dan een hedendaags apparaat.

[Soldaatje]

Het is nu al goedkoper dan ram, alleen wel iets langzamer maar wel 50x sneller dan flash.

[Dark_man]

Phase Change geheugen heeft toch de potentie om juist goedkoper geproduceerd te kunnen worden dan Flash?

Wanneer je de R&D kosten voor de onderzoeksfase niet meerekent.

Want Phase Change geheugen kan op een kleiner oppervlak geproduceerd worden dan Flash, waardoor je dus sowieso bespaart op productie en materiaalkosten.

[EricChang]

Phase change geheugen kan zowel in een SSD geplaatst worden (snellere, iets duurdere alternatief voor het hebben van NAND flash in een SSD) als in DIMM form factor en zo dus als een niet-vluchtig werkgeheugen functioneren. Er wordt hard gewerkt aan de integratie momenteel.

Grote voordelen van phase change zijn de schaalbaarheid (DRAM schaalt vrijwel niet meer) en dat het geen energie verbruikt om de data in het geheugen te houden (DRAM heeft constante verversing van de data nodig). Ten opzichte van flash is het aantal schrijfcycli vele malen hoger. Ongeveer 10 miljoen cycli voor een phase change cel en een paar duizend voor een TLC flash cel.

Trouwens, Intel's 3D Xpoint is ook phase change geheugen. Dat is maar 1 bit per cell. In eerste instantie zal 3D Xpoint in ssd formaat uitkomen. Integratie verloopt via PCI Express.

Spannende tijden, een totaal nieuwe geheugentechnologie maakt de doorbraak dit jaar!