NEC ontwikkelt spintronics-geheugen

Het Japanse technologiebedrijf NEC heeft samen met de Tohoku-universiteit een nieuw type geheugen ontwikkeld. Dit moet de snelheid van ram combineren met eigenschappen van flashgeheugen: ook zonder stroom blijft data behouden.

Het nieuwe cam, of content addressable memory, werd ontwikkeld op basis van spintronics. Het geheugen maakt gebruik van het magnetische-spinmoment van elektronen om data op te slaan. In cam wordt data in verticale elementen opgeslagen door middel van magnetisatie van die elementen. Als de geheugencellen geen spanning krijgen, blijft het magnetische effect behouden. Op die manier zou het geheugen als energiezuinige vervanger voor conventioneel ram dienst kunnen doen.

Het cam zou met ram vergelijkbare snelheiden kunnen halen dankzij het gebruik van twee elementen per geheugencel; één element is voor lezen en het andere voor schrijven. Het cam kan in 5ns worden uitgelezen en verstookt daarbij 9,4mW. Voor het schrijven van data is een stroom van 200mA nodig. Het geheugen werd volgens een cmos-procedé gebouwd en beslaat 6,6 vierkante micrometer per cel.

Het geheugen, dat NEC in samenwerking met de Japanse Tohoku-universiteit ontwikkelde, zou niet alleen zuinig, maar ook eenvoudiger zijn. Per twee geheugencellen zijn nog maar drie transistors nodig in plaats van acht. Dit wordt gerealiseerd door transistors te delen en leidt tot een oppervlaktebesparing van 50 procent.

Reacties (39)

[mrc4nl]

interessant, dit is de eerste keer dat ik iets over spintronics lees,
blijkbaar nog geen vervanger voor het huidige ram, maar wel weer een stap dichterbij.

en eigenlijk is het geen ram, want al de stroom eraf is, blijft de data dus behouden...

[robvanwijk]

en eigenlijk is het geen ram, want al de stroom eraf is, blijft de data dus behouden...

Vandaag de dag gebruiken we volatile geheugen ("spanning weg = data weg") voor RAM. Strikt genomen heeft dat echter niks met elkaar te maken. Vroegâh (ongeveer vijftig jaar geleden) werd een, non-volatile, technologie genaamd "ferrite core memory" gebruikt (dat is waar het begrip "core dump" vandaan komt!) voor RAM.
Om de les dan maar helemaal compleet te maken, het "tegenovergestelde" van RAM is een harde schijf, of "nog erger" een magnetische tape, waar het uitlezen van de ene sector wezenlijk langer kan duren dan het uitlezen van een andere sector; bij RAM maakt het niet uit welk adres je leest, je krijgt het antwoord altijd even snel.
Afhankelijk van wie je het vraagt is ROM en (het lezen van) Flash óók RAM: elk adres geeft even snel zijn waarde terug. De meeste vormen van RAM hebben die karakteristiek echter zowel voor lezen als schrijven; ik heb het idee dat niet iedereen het hier over eens is.

[InflatableMouse]

Nee het is geen RAM, het is geheugen. Staat ook in de titel

[Nas T]

In het artikel wordt vermeld dat het als vervanger van RAM dienst kan doen. Zou de mogelijkheid dan bestaan dat de computer uit is en waarbij het weer bij opstarten direct aan is?

[Thomson]

Dat staat er niet. Er staat dat het snelheden haalt die vergelijkbaar zijn met RAM geheugen.

CAM werkt echter andersom. Je legt data aan die in het geheugen zit en je krijgt een adres terug. Daarom ook content addressable. Dit is bijvoorbeeld nuttig bij het snel zoeken naar data. Bij RAM leg je een adres aan en krijg je de inhoud van dat adres terug.

Correct me if I'm wrong.

[Reactie gewijzigd door Thomson op 22 juli 2024 14:39]

[MSalters]

Bijna goed. CAM geeft niet (noodzakelijk) het adres terug; een andere gangbare implementatie is dat je een geassocieerde waarde terug krijgt. Voor programmeurs: RAM lijkt op een gewone array, CAM lijkt op een sparse array of hashtable.

Een gangbaar gebruik van een CAM is in fully associative CPU caches; daar moeten ze snel de vraag beantwoorden of adres X gecached is en zo ja, waar dan.

[VNA9216]

En dan is de vraag, is die snelheid waar ze het over hebben puur latency, of ook doorvoer?

[nehal3m]

Dat bekroop me ook meteen toen ik dit las: Dat biedt de mogelijkheid ongekend snel wakker te worden uit hibernate-state. Er hoeft niks meer vanuit je RAM naar je HDD (of SSD natuuriljk) en terug maar het kan gewoon op hetzelfde geheugen blijven staan.

[TomTube]

het nadeel hiervan kan zijn dat er teveel gebufferd wordt waardoor je geheugen vol raakt. Het zou dus mooi zijn als het na een paar keer zichzelf weer opschoont. Het lijkt inderdaad zo op het eerste gezicht een waardige vervanger van het Ram geheugen te worden

[.oisyn]

Volgens mij snap je niet helemaal het verschil tussen RAM dat z'n geheugen verliest als je er geen stroom op zet en het OS en applicaties die er voor kiezen om dingen al dan niet in het geheugen op te slaan. Die dingen zijn namelijk compleet ongerelateerd. Normaal RAM zoals wij dat kennen moet zich steeds verversen omdat de geheugencellen hun waarde verliezen na verloop van tijd, en als je ze uitleest. Dit proces gebeurt automatisch in de chip zelf en daar heeft de software weinig controle over.

Voor het OS lijkt het geheugen gewoon permanent (zolang hij draait). Als al het geheugen is opgebruikt en een applicatie vraagt nog meer, dan kan het OS ervoor kiezen om bepaalde stukken geheugen van een andere applicatie die op dat moment niet of zelden gebruikt wordt naar disk op te slaan, zodat dat geheugen vrijkomt voor de applicatie. Dit proces zal met het hier besproken spintronics geheugen volledig identiek zijn.

Verder wordt er geopperd dat de computer dan nog sneller kan opstarten na hybernatie, maar dat lijkt me eerlijk gezegd verwaarloosbaar. De meeste tijd zit 'm niet in het uitlezen van die paar GB van disk om in het geheugen te zetten, maar in het initialiseren van de hardware in de juiste staat.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 22 juli 2024 14:39]

[Vastloper]

Toch is het uitlezen van die paar GB data niet te verwaarlozen. Als je veel open had staan en misschien wel 5Gb geheugen gebruikt en je hdd kan zo'n laten we zeggen 100MB/sec uitlezen duurt het toch al ruim 50 seconde om dit in te lezen! Dat is echt niet te verwaarlozen bij hibernate. Als je bijna niks open hebt staan gebruikt je systeem alsnog al snel 1GB geheugen zeker met windows 7 x64 dan kost alleen het uitlezen alsnog 10 seconden. Ook dat vind ik niet te verwaarlozen.

[Seal64]

Is dat niet gewoon een vast getal dan? Ik heb op mijn oude WinXP bak wel hibernate gebruikt, en daar was hyberfil.sys netjes 1 GB groot. Op mijn huidige Vista bak is datzelfde bestand netjes 8 GB groot - identiek aan je totale geheugen dus.
Ik was namelijk in de veronderstelling dat Windows een image van je RAM naar HD schreef - en niet alleen maar het deel dat in gebruik is.

[OddesE]

Dat klopt inderdaad. Hiberfil.sys is exact even groot als je totale geheugen.
Wel lijkt Windows dit 'lazy' in te lezen. Dus als je na terugkomen uit hibernate openstaande applicaties probeert te activeren dan merk je dat de harddisk even gaat ratelen.

Dit type geheugen lijkt me erg interessant voor SSD's. Die zouden dan echt super snel worden. Als het dan ook niet veel duurder is dan flash geheugen (of wellicht zelfs goedkoper zoals het artikel suggereert) dan heb je wel een winnaar!

[Fealine]

Daar is voor windows de garbage collector voor. Het maakt natuurlijk niet uit of hibernate een dump van het geheugen naar disk wegschrijft of dat dit simpel gewoon in het geheugen blijft bestaan.

[Rudie_V]

Daar heb je dus het geheugenbeheer voor in elk OS, die bepaald welk geheugen gebruikt is en welke niet.

[Jasper Janssen]

Nee, het betekent iets heel anders: namelijk dat je suspend-to-ram staat veel minder stroom verbruikt

[VNA9216]

Dat zal er nogal vanaf hangen of op het gebied van schrijfcycli de eigenschappen van RAM of flash worden aangehouden lijkt me.
Gezien "Dit moet de snelheid van ram combineren met eigenschappen van flashgeheugen" twijfel ik daar een beetje over.

Maar het is een interessante ontwikkeling en ik ben benieuwd of ze het "bruikbaar" kunnen krijgen.

[dmystic]

waar staat dat dan? er staat alleen dat het vergelijkbare snelheden heeft als RAM, wat waarschijnlijk inhoud dat zodra dit ver genoeg ontwikkelt is en in electronica zit, RAM alweer een stukje sneller is, dus dit lijkt me eerder iets voor nieuwe ssd's

[mrc4nl]

Op die manier zou het geheugen als energiezuinige vervanger voor conventioneel ram dienst kunnen doen.

het kan wel als ram worden gebruikt, dus in dat geval klopt mijn opmerking wel.

en in de tiltel staat "geheugen", dat kan van alles zijn, flash,cam,ram,rom,eeprom etc..

[MBV]

Het is wel degelijk RAM: Random Access Memory. Het is niet volatile = vluchtig, maar dat is ook geen vereiste voor RAM: zolang het maar willekeurig adresseerbaar is, met korte toegangstijden.

20 jaar geleden hadden de huidige SSD's prima als RAM dienst kunnen doen

[Left]

Kun je een SSD dan wel RAM noemen? Je kan een SSD alleen per heel geheugenblok tegelijk beschrijven, dat lijkt mij niet helemaal random access.

[MSalters]

Inderdaad. Het kenmerk wat NAND Flash van andere EEPROMs onderscheidt is de block write. NOR Flash is veel te duur voor SSDs omdat het aparte write logic per bit heeft, maar dat is wel RAM.

[kluyze]

niet random access geheugen (niet - ram) is geheugen op band (magnetische tape), daar staat de data achter elkaar en wordt in een bepaalde volgorde afgespeeld of weggeschreven.

Maar dikwijls wordt RAM tegenover ROM geplaatst en eigenlijk zeggen ze dan dat RAM gelijk staat met RWM (Read/Write Memory). Anderen stellen het dan weer gelijk met vluchtig geheugen.

In de strikte zin is zelfs DRAM geen RAM geheugen omdat daar ook grote delen geheugen in 1 keer gelezen worden.

@robvanwijk
RAM zegt niet alleen dat alle data even snel gelezen moet worden maar eigenlijk zegt het dat de data in elke volgorde kan benaderd worden.

Bv een FIFO of LIFO, is een stuk geheugen waar de techniek bepaald in welke volgorde gelezen wordt. Ook magnetische tape is een voorbeeld van niet ram geheugen, alle data staat achter elkaar en wordt gelezen in de volgorde dat de band afspeelt.

Systeem geheugen, of hdd's kunnen benaderd worden met een adres, je kan zeggen ik wil het geheugen dat op plaats 0xAF0522 staat uitlezen. Al gaat, zoals ik eerder melde, zelfs hedendaags DRAM niet 100% random access zijn.

[Reactie gewijzigd door kluyze op 22 juli 2024 14:39]

[Fireshade]

en eigenlijk is het geen ram, want al de stroom eraf is, blijft de data dus behouden...

Da's toch mooi? Instant on elektronica komt zo een stap dichterbij

[OddesE]

RAM staat voor Random Access Memory. Dit betekent dat je elk deel van het geheugen even snel kunt benaderen, of je nu aan het 'begin', aan het 'eind' of in 'het midden' van het geheugen zoekt. (dit maakt die termen dus eigenlijk een beetje onzinnig). Dit in tegenstelling tot serieel geheugen zoals tape, CD of harddisks. Hierbij maakt het wel degelijk uit welke positie je probeert uit te lezen.

RAM betekent dus helemaal niet dat het zijn state verliest als de stroom er af gaat.

EDIT: MBV zegt hetzelfde, sorry.

[Reactie gewijzigd door OddesE op 22 juli 2024 14:39]

[RobLemmens]

RAM zelf zegt niets over het behoud van data bij stroomuitval, enkel dat het geheugen random leesbaar is.

Van wiki: "RAM is often associated with volatile types of memory (such as DRAM memory modules), where its stored information is lost if the power is removed. Many other types of non-volatile memory are RAM as well, including most types of ROM and a type of flash memory called NOR-Flash."

edit: moet toch echt de refresh gebruiken voor het posten..

[Reactie gewijzigd door RobLemmens op 22 juli 2024 14:39]

[MorgothG]

De vraag is inderdaad hoe het verval is. De computer de volgende dag weer aanzetten oké. Maar hoe goed is de data na een maand? Of langer. Je wilt niet dat je computer toch je sessie verliest...

[Jasper Janssen]

Stel dat deze techniek eens in de 60 minuten een refresh benodigd, zoals DRAM nu een refresh nodig heeft iedere zoveel-tig milliseconden.. dat kan je prima in een geheugencontroller inbouwen. Je hebt dan een standby stand die microwatts gebruikt ipv een paar watt.

[Geuvert]

Kinkt alsof je je huidige sessie dus kunt behouden terwijl je toch je PC in zijn geheel afsluit. Enkel nog de vraag hoe lang CAM zijn data kan behouden.

[IIsnickerII]

klinkt leuk, maar is het niet juist de unieke eigenschap van een RAM om alles te wissen als de computer uit gaat. op die manier worden de wisselbestanden op de computer ENORM, en vertraag je het hele proces alleen maar.

[Durandal]

Er is niet zoiets als wissen. Een bit is 1 of 0 dus je hebt altijd data, welk type geheugen je ook gebruikt.
Als je geen verwijzingen naar stukken geheugen hebt kan daar van alles staan zonder dat het uit maakt. Het is dus een kwestie van pointers weggooien bij het opstarten o.i.d. als je een schone start wilt.

[the_stickie]

is 200mA om een bit te kunnen schrijen niet heel erg veel?
één byte stookt zo 1,6A. Zo vliegen de Watt's je om de oren, zelfs bij gebruikeliijk lage spanningen voor geheugen.

Of begrijp ik het nu verkeerd?

[Avar]

Er staat dat voor het schrijven een stroom van 200mA nodig is, er staat niet dat dit per bit is. Ik hoop het niet, want dan gaat het inderdaad heel wat energie kosten, om het nog maar niet te hebben over de koeling.

[Verwijderd]

Combineer dit met een cpu+gpu (apu) on a chip en je hebt een soort ssoc; super system on a chip.
Alles 'integrated' aanwezig in het geheugen, welke dient als permanent ram+opslag.
Ik zie halve tot een kwart pico-bordjes voor mij, met de power van een goedkope desktop nu.
Is dat je HTPC? Ik dacht je nieuwe telefoon...

[Verwijderd]

princiepe is het zelfde maar zou de computer wel een heel ander hardware design geven het moederbord dan betekend dat je een malig je operating system zou installeren en dat het kan worden gecashed in het spingeheugen dus nooit meer opgestart hoeft te worden nu het nog zo maken dat het software computer operting system zich zelf hersteld wat al mogelijk is en natuurlijk alleen updats nodig heeft

[humbug]

Als ik het artikel lees is het niet logisch zijn om een SSD te maken met deze techniek. Even aangenomen dat de kosten en levensduur gelijksoortig zijn aan een SSD (of beter) dan kun je inderdaad een SSD bouwen van dit geheugen. Echter, op dat moment kun je ook gewoon dit geheugen als "RAM" geheugen gebruiken (het is veel sneller)

Waarom iets vanuit een SSD "kopieren" terwijl je het ook gewoon direct tot je beschikking kan hebben? In plaats van een SSD te vervangen lijk je dus je RAM te gaan vervangen en de SSD compleet overbodig te kunnen maken.

[Fealine]

Waarom iets vanuit een SSD "kopieren" terwijl je het ook gewoon direct tot je beschikking kan hebben?

In dat geval moet je RAM geheugen dus zo groot zijn als nu je HDD capaciteit. Hoewel het artikel een flinke ruimte besparing aan geeft is dit nog lang niet groot genoeg om een volledige HDD te vervangen.

Uiteindelijk moet het RAM nog steeds gevuld gaan worden en daar is dan een SSD nog steeds prima geschikt voor.

[Reactie gewijzigd door Fealine op 22 juli 2024 14:39]

[MSalters]

Nogmaals, welk RAM geheugen? Humbug stelt voor om simpelweg geen RAM en geen SSD meer te hebben. Je hebt dan gewoon 512 GB CAM, en misschien 64 MB aan L3 cache op je CPU.

Overigens is de grote vraag natuurlijk niet of je 1000 bits van dit geheugen kunt maken, maar hoeveel het kost om een miljard chips te maken van 1 Gigabit. Dat is het productie nivo waarbij het commercieel interessant kan worden.