Une mémoire plus dense et plus rapide défie à la fois la DRAM et la Flash

Un nouveau type de puce mémoire qu'une start-up vient de commencer à tester pourrait donner aux futurs smartphones et autres appareils informatiques une augmentation de la vitesse et du stockage. La technologie, connue sous le nom de mémoire crossbar, peut stocker des données environ 40 fois plus densément que la mémoire la plus compacte disponible aujourd'hui. Il est également plus rapide et plus économe en énergie.

Plus de mémoire : Le dispositif de stockage de mémoire montré dans cette image de micrographie électronique pourrait permettre des sauts spectaculaires dans la capacité des cartes mémoire et autres magasins de données numériques.

La capacité de la technologie à stocker beaucoup de données dans un petit espace pourrait la voir remplacer les puces de mémoire flash qui sont à la base des cartes mémoire, de certains disques durs et du stockage interne des appareils mobiles. Les données peuvent être consultées et écrites dans la mémoire crossbar assez rapidement pour qu'elles soient également en concurrence avec la DRAM, utilisée comme mémoire à court terme, dans les appareils informatiques. La technologie est nettement plus économe en énergie que la mémoire flash et la mémoire DRAM.

Il sera beaucoup plus dense et plus rapide que le flash car il n'est pas basé sur le déplacement d'électrons autour ou sur des transistors, dit Wei Lu , professeur à l'Université du Michigan dont les recherches ont conduit au développement de la mémoire crossbar. Lu est également cofondateur et scientifique en chef de la startup Crossbar, basée à Santa Clara, en Californie, qui commercialise la technologie. Il note qu'au départ, la société développe sa technologie pour remplacer le stockage flash.

Des puces de mémoire crossbar de démonstration sont fabriquées par TSMC, le plus grand fabricant de puces sous contrat au monde. Crossbar dit que la version actuelle de la technologie peut stocker un téraoctet de données (1 000 gigaoctets) sur une seule puce de 200 millimètres carrés, soit environ la taille d'un timbre-poste. En comparaison, les puces de mémoire flash les plus denses du marché stockent aujourd'hui 16 gigaoctets sur une seule puce. La plus petite puce de ce type, introduite par Micron en mai de cette année, mesure 144 millimètres carrés.

La mémoire crossbar est appelée ainsi en raison de la structure nanométrique simple utilisée pour stocker les données. Deux couches d'électrodes en forme de tige régulièrement espacées sont empilées l'une sur l'autre, les tiges de la couche supérieure étant orientées à 90 degrés par rapport à celles de la couche inférieure pour former une grille. Des bits de données - 1 et 0 - sont stockés à chacune des jonctions où se croisent les électrodes des différentes couches.

Cette architecture crossbar de base a été utilisée pendant des années comme base de nouvelles idées en électronique, y compris pour la mémoire (voir Mémoire moléculaire ). Cependant, la version de Lu est différente dans la façon dont elle stocke les données aux jonctions, en utilisant un simple espaceur en silicium amorphe à chaque jonction plutôt qu'un matériau plus exotique.

Dans les puces Crossbar, cette entretoise sépare l'électrode de la couche supérieure, en argent, de celle de la couche inférieure, constituée d'un conducteur non métallique. Les bits sont stockés en faisant basculer cette entretoise entre isolant et conducteur, permettant parfois au courant de passer entre les électrodes supérieure et inférieure, bloquant parfois le courant. L'entretoise peut conserver son état, et donc un peu, sans alimentation.

Les données sont écrites en appliquant une tension de commande spécifique à une jonction crossbar particulière. L'application d'une tension positive provoque le glissement des nanoparticules d'argent de la tige supérieure dans l'entretoise en silicium, pénétrant finalement assez loin pour créer un chemin électrique entre les tiges supérieure et inférieure afin que le courant puisse circuler. L'application d'une tension de commande négative peut inverser ce processus. Les données sont lues à partir de la mémoire crossbar en testant la conductivité de chaque jonction.

Dans les puces de démonstration produites aujourd'hui, une couche de structures de mémoire crossbar est empilée sur une couche de circuits CMOS en silicium conventionnels. Ce circuit lit, écrit et efface les données de la surcharge des couches de mémoire crossbar.

Crossbar, qui a reçu un financement d'investissement de 25 millions de dollars de Kleiner Perkins Caufield & Byers, Artiman Ventures et Northern Light Venture Capital, a commencé à travailler pour commercialiser les recherches de Lu en 2010. Une partie cruciale du processus de développement a été d'adapter la nouvelle technologie pour la fabrication de masse. dans les usines de puces existantes, dit Lu. Des expérimentations ont été nécessaires pour déterminer comment déposer les nouvelles structures crossbar au-dessus des circuits CMOS conventionnels. Vous ne voulez pas contaminer la couche CMOS ou augmenter la température au point de l'endommager, explique Lu.

La technologie de Crossbar se prépare pour le marché à un moment où les fabricants de mémoire ont du mal à extraire plus de densité de données des méthodes existantes de fabrication de mémoire flash, a déclaré Brian Cronquist, vice-président de 3D monolithique , une société qui développe des conceptions d'architecture de puces 3D. Les méthodes utilisées pour mettre à l'échelle la mémoire flash ne fonctionnent plus.

Les puces de mémoire flash stockent les données sous forme d'îlots de charge sur une surface, mais ces îlots ne peuvent pas être plus compacts qu'ils ne le sont aujourd'hui, ce qui rend pratiquement impossible toute amélioration de la densité. Cela a poussé Samsung et Toshiba à travailler sur des puces de mémoire flash 3D, qui empilent plusieurs surfaces de stockage de charge. Samsung a produit des puces fonctionnelles prêtes à être produites en série plus tôt cette année.

Cependant, selon Cronquist, cette approche ne produira pas de gains avant plus de quelques années, une nouvelle technologie devra donc prendre le relais. Crossbar’s est un candidat possible, dit-il, parmi d’autres en développement.

L'un d'eux est celui de HP, basé sur un composant électrique connu sous le nom de memristor, qui devait exister en 1971 mais qui n'a été fabriqué pour la première fois qu'en 2008 (voir Memristor Memory Ready for Production ). HP a annoncé pas plus tard que l'année dernière qu'il lancerait la technologie fin 2013, mais il n'a pas récemment confirmé ses plans.

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