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Stockage de téraoctets pour téléphones portables
Un nouveau type de technologie de mémoire pourrait conduire à des clés USB ou à des cartes mémoire pour appareils photo numériques qui stockent un téraoctet d'informations, soit plus que la plupart des disques durs actuels. Les premiers exemples de la nouvelle technologie, qui pourrait également réduire la consommation d'énergie de plus de 99 pour cent, pourraient être sur le marché d'ici 18 mois.
Petits morceaux: Des fils de cuivre de la taille de virus, comme ceux illustrés ici, pourraient être la clé d'un nouveau type de puce mémoire.
C'est une technologie radicalement nouvelle, déclare Michael Kozicki, professeur de génie électrique à l'Arizona State University, dont le groupe est l'un des nombreux à travailler sur une version de la nouvelle mémoire. Si cela fonctionne vraiment aussi bien que tout le monde le pense, cela pourrait véritablement révolutionner l'industrie de la mémoire et du stockage.
Le nouveau type de mémoire, appelé mémoire à cellules de métallisation programmable (PMC), ou mémoire nano-ionique, est en cours de développement à l'Arizona State University et dans des sociétés telles que Sony et IBM. Il fait partie d'une nouvelle génération de technologies expérimentales qui tentent de remplacer les disques durs, la mémoire flash non volatile utilisée dans l'électronique portable et la mémoire dynamique à accès aléatoire (DRAM) dans les ordinateurs personnels. Les premiers prototypes de mémoire ionique étaient beaucoup trop lents pour une utilisation pratique. Mais récemment, des chercheurs ont démontré que des matériaux structurés à l'échelle nanométrique pouvaient produire des dispositifs à mémoire ionique beaucoup plus rapides. La mémoire nano-ionique est nettement plus rapide que la mémoire flash, et la vitesse de certaines cellules expérimentales a rivalisé avec celle de la DRAM, qui est de plusieurs ordres de grandeur plus rapide que la mémoire flash.
La mémoire pourrait également s'avérer facile à faire. Récemment, le groupe Arizona a publié des travaux démontrant que la mémoire nano-ionique peut être fabriquée à partir de matériaux classiquement utilisés dans les puces de mémoire informatique et les microprocesseurs. Cela pourrait faciliter l'intégration avec les technologies existantes, et cela signifierait moins de réoutillage dans les usines, ce qui intéresserait les fabricants.
Une autre raison pour laquelle la mémoire ionique est attrayante est qu'elle utilise des tensions extrêmement basses, de sorte qu'elle pourrait consommer jusqu'à un millième de l'énergie que la mémoire flash. En théorie, il pourrait également atteindre des densités de stockage beaucoup plus élevées - des bits d'information par unité de surface - que les technologies actuelles.
Ces attractions sont en grande partie le résultat d'un nouveau mécanisme de stockage d'informations. La mémoire flash stocke des bits d'information sous forme de charge électrique, mais plus les cellules de mémoire qui contiennent les bits sont petites, moins elles peuvent contenir de charge et moins elles deviennent fiables. La nouvelle mémoire stocke des informations en réorganisant les atomes pour former des cellules mémoire stables et potentiellement extrêmement petites. De plus, chaque cellule pourrait potentiellement stocker plusieurs bits d'information, et les cellules peuvent être superposées, augmentant la densité de stockage de la mémoire au point qu'elle pourrait rivaliser avec celle de la forme de mémoire la plus dense aujourd'hui : les disques durs.
Chaque cellule mémoire est constituée d'un électrolyte solide pris en sandwich entre deux électrodes métalliques. L'électrolyte est un matériau vitreux qui contient des ions métalliques. Ordinairement, l'électrolyte résiste au flux d'électrons. Mais lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes, les électrons se lient aux ions métalliques, formant des atomes métalliques qui se regroupent. Ces atomes forment un filament de la taille d'un virus qui relie les électrodes, fournissant un chemin le long duquel le courant électrique peut circuler. L'inversion de la tension provoque la dissolution du fil, dit Kozicki. L'état hautement résistif de l'électrolyte et l'autre état à faible résistance peuvent être utilisés pour représenter des zéros et des uns. Parce que le filament métallique reste en place jusqu'à ce qu'il soit effacé, la mémoire nano-ionique est non volatile, ce qui signifie qu'elle ne nécessite pas d'énergie pour conserver l'information, juste pour la lire ou l'écrire.
Une clé USB qui stocke un téraoctet d'informations, cependant, devrait tirer parti de deux autres caractéristiques de la mémoire nano-ionique, explique Kozicki. Premièrement, il devrait stocker plus d'un bit d'information par cellule mémoire. Une fois que le fil à l'intérieur de la cellule se forme, il est possible d'appliquer à nouveau une tension, provoquant la formation de plus d'atomes, épaississant le fil et diminuant davantage la résistance. Des à-coups successifs épaississent encore le fil et les différents états de résistance peuvent être utilisés pour stocker plusieurs bits d'information par fil.
De plus, ce type de mémoire peut être empilé en couches, puisqu'il n'est pas nécessaire que chaque cellule soit en contact avec une couche de base de silicium, comme c'est le cas avec certains autres types de mémoire. La combinaison de plusieurs bits par cellule avec plusieurs couches pourrait permettre de former une mémoire extraordinairement dense, explique Kozicki.
William Gallagher, directeur principal de la recherche exploratoire sur la mémoire non volatile chez IBM Research, déclare que la mémoire nano-ionique est l'une des nombreuses technologies de mémoire prometteuses de nouvelle génération. Il s'agit notamment de la MRAM, qui stocke les informations à l'aide de champs magnétiques, et de la mémoire à changement de phase, qui stocke les informations d'une manière similaire à celle utilisée pour stocker les bits sur les DVD. Gallagher dit que les concurrents de la mémoire ionique ont une longueur d'avance. Les puces MRAM sont déjà vendues pour certaines applications spéciales, telles que les appareils qui seront exposés à des environnements difficiles. Mais la MRAM peut également s'avérer meilleure pour les applications de mémoire haute vitesse que pour remplacer la mémoire flash, de sorte qu'elle ne peut pas concurrencer directement la mémoire nano-ionique. Samsung, cependant, pourrait vendre une mémoire de remplacement flash basée sur le changement de phase d'ici un an.
Pourtant, la mémoire nano-ionique n'est peut-être pas loin derrière. Quelques entreprises ont concédé sous licence une technologie de mémoire nano-ionique développée à l'Université d'État de l'Arizona. Il s'agit notamment de Qimonda, basé en Allemagne ; Micron Technologies, basée à Boise, ID ; et une startup en mode furtif Bay Area. La startup est en bonne voie pour produire ses premiers dispositifs de mémoire, qui, selon Kozicki, pourraient être disponibles d'ici 18 mois. Ces premières puces, cependant, ne rivaliseront pas avec les disques durs en termes de densité de mémoire, dit-il.
La nouvelle technologie pourrait néanmoins avoir du mal à gagner une large adoption. La mémoire de type Flash continue de s'améliorer et pourrait le faire pour quelques générations supplémentaires de produits. De plus, les meilleurs prototypes de mémoire nano-ionique ont été fabriqués à partir de matériaux qui ne sont pas utilisés dans les puces électroniques conventionnelles, de sorte que la fabrication pourrait être coûteuse, du moins au début. Le groupe de Kozicki a récemment démontré que la mémoire ionique peut être construite à partir d'une combinaison de dioxyde de silicium et de cuivre, des matériaux compatibles avec la fabrication conventionnelle. Mais ces matériaux ne sont pas aussi performants, ce qui pourrait les rendre moins attractifs que des alternatives telles que la mémoire à changement de phase. Pour que le nouveau type de mémoire réussisse, il peut être nécessaire de convaincre les fabricants de passer à de nouveaux matériaux.