یک شرکت سوئیسی به نام Innovative Silicon با همکاری شرکت Hynix Semiconductor (دومین شرکت سازنده‌ی تراشه‌ی حافظه در دنیا)، طرحی را ارائه داده است که به اظهار خود، این طرح، جایگزینی ارزان‌تر و کم‌مصرف‌تر برای حافظه‌ی معمولی رایانه (DRAM) خواهد بود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، شرکت اینوویتیو سیلیکون، واقع در شهر لاسن سوئیس، نوعی حافظه‌ی DRAM را توسعه داده‌ است که در آن از هیچ خازنی استفاده نمی‌شود. این DRAM بدون خازن که Z-RAM (Zero-Capacitor RAM) نام دارد، بر روی همان ویفرهایی ساخته می‌شود که در ساخت DRAM از آن‌ها استفاده می‌شد. این توسعه‌ی جدید، پیشرفت بزرگی برای این شرکت به حساب می‌آید؛ چرا که برای ساخت ادوات قبلی این شرکت، به ویفرهای ویژه‌ی گران‌قیمتی نیاز بود. حافظه‌های Z-RAM برخلاف حافظه‌های DRAM، حتی به یک خازن نیز نیاز ندارند و بنا بر برآورد شرکت، قیمت این حافظه‌ها 25 تا 30 درصد ارزان‌تر خواهند بود. البته، این کاهش قیمت همراه با کاهش ابعاد اجزای تشکیل دهنده‌‌‌ي آن تا زیر 40 نانومتر درطی چند سال آینده خواهد بود. علاوه بر این، سلول‌های حافظه‌ی Z-RAM با ولتاژ پایین 0.5 تا 0.6 ولت کار می‌کنند و پیش بینی می شود که به تدریج DRAM های آینده نیز با این ولتاژها کار کنند.

این شرکت سوئیسی امتیاز فناوری ساخت Z-RAM را به شرکت Hynix Semiconductor واگذار کرد. شرکت هاینیکس پس از ساخت تراشه‌ی حافظه‌ی آزمایشی خود، نتایج پیشرفت کار خود را در ماه ژوئن 2010 در همایش «مدارها و فن‌آوری VLSI» در هانولولو اعلام کرد.

حافظه‌ی DRAM، یک بیت از حافظه‌اش ( بیت 1 یا 0) را به شارژ هر خازن اختصاص می‌دهد. شرکت‌های سازنده‌ی DRAM در یک فضای کوچک، حجم انبوهی از حافظه را جای داده‌اند؛ از طرفی ابعاد خازن‌های مورد استفاده در DRAMها، با همان سرعتی که ترانزیستورها روز به روز کوچک‌تر می‌شوند، نمی‌توانند کوچک‌تر شوند و این خود، یک مشکل بزرگ است. علت این امر آن است که ظرفیت یک خازن باید به اندازه‌ی کافی بزرگ باشد تا بتواند مقدار قابل ملاحظه‌ای بار الکتریکی را در خود نگه دارد.

جف لوئیس، نایب رئیس بخش توسعه‌ی تجارت و بازرایابی شرکت اینوویتیو سیلیکون گفت: «ساخت خازن هر روز با چالش بیش‌تری روبروست. ما در تلاشیم تا در ابعاد 30 نانومتر بتوانیم حافظه‌های کارامدتر با قیمت مناسب تولید کنیم.»

حافظه‌ی Z-RAM به جای خازن بر اساس مفهوم «ساختار شناور» (Floating-Body) عمل می‌کند. با ساخت ترانزیستور در یک لایه‌‌ی سیلیکونی واقع در بالای عایق دی‌اکسید سیلیکون، می‌توان ترانزیستور را از نظر الکتریکی عایق‌بندی کرد. وقتی جریان از ترانزیستور عبور می‌کند، برخی الکترون‌ها، جفت‌های حفره-الکترون ایجاد می‌کنند. درین ترانزیستور اجازه می‌دهد که الکترون‌های اضافی خارج شوند ولی حفره‌های اضافی را نگه می‌دارد و در نتیجه بار الکتریکی کل، مثبت می‌شود. این بار الکتریکی «شناور» می‌تواند به عنوان «1» منطقی تلقی شود. با افزایش ولتاژ گیت ترانزیستور، حفره‌ها از طریق سورس خارج می‌شوند و بار الکتریکی به عنوان «0» منطقی تلقی خواهد شد. ابعاد سلول‌های حافظه‌ی Z-RAM بدون نیاز به هیچ خازنی، تنها باید هم اندازه‌ی ترانزیستورها باشد. با این توصیف، بدیهی است که ابعاد ترانزیستورها هر ساله کوچک‌تر نیز ‌شود.

ساخت Z-RAM بر روی لایه‌ی سیلیکونی که بر روی عایق دی‌اکسید سیلیکون قرار گرفته، سبب افزایش هزینه ها شد. از این رو شرکت سوئیسی مذکور، طرح تازه‌ای را توسعه داد که بتواند حافظه‌های Z-RAM را بر روی یک ویفر بزرگ سیلیکونی بسازد. در واقع طرح جدیدی که شرکت اینوویتیو سیلیکون ارائه داده است، این است که به جای ساخت ترانزیستور بر روی یک لایه‌ی عایقی، در حالی که پایه‌ی گیت آن در بالا و پایه‌های سورس و درین آن نیز در طرفین قرار دارند، ترانزیستور به صورت عمودی ساخته می‌شود به طوری که پایه‌ها در طرفین و پیوندها در بالا و پایین قرار می‌گیرند. در این حالت عایق‌بندی و اثر «ساختار شناور» با حالت قبلی تفاوتی نمی‌کند. البته این شرکت سوئیسی در تلاش است تا هم‌راستا با صنعت، به سمت ساخت یک ترانزیستور سه بعدی‌تر حرکت کند.

طرح عمودی قرار گرفتن ترانزیستور همراه با تغییر جای قرارگیری پایه‌های آن، باعث کاهش ولتاژ کاری آن تا میزان 0.5 ولت نیز شد. به گفته‌ی این شرکت، این میزان ولتاژ، 50 تا 75 درصد کمتر از سایر حافظه‌های دارای ساختار شناور است. جف لوئیس اظهار داشت که این طرح، باعث صرفه‌جویی در انرژی قطعه نیز می‌شود و با منابع تغذیه‌ی کنونی سازگار است. کم بودن مصرف انرژی، خود، عامل مهمی در پایین نگه داشتن هزینه‌ها ست. همچنین، میزان زمان نگه‌داری یک بیت در یک سلول حافظه در میان نویز ناشی از سوئیچینگ سلول‌های دیگر، 1000 برابر افزایش می‌یابد.

شرکت اینوویتیو سیلیکون، ابتدا در نظر داشت که حافظه‌های Z-RAM را جایگزین حافظه‌های ایستا (SRAM) کند. حافظه‌های SRAM سریع‌تر از DRAM هستند و به صورت مجتمع با ریزپردازنده ساخته می‌شوند. هر سلول Z-RAM تنها از یک ترانزیستور تشکیل یافته است؛ در حالی که SRAM متشکل از شش ترانزیستور است. از این رو Z-RAM می تواند در یک فضای معین از سیلیکون، پنج برابر SRAM بیت‌های حافظه را در خود جای دهد. به گفته‌ی لوئیس، بازار مربوط به طراحی سیلیکون-بر-عایق که در جایگزین کردن SRAM ها ضروری است، هرگز به مرحله‌ی تولید نرسیده است و نیاز به طرحی جدید برای جایگزین کردن DRAM ها، بیشتر احساس می‌شود. وی همچنین می‌گوید: «تمرکز ما فقط بر روی DRAMهای مستقل است.»

لوئیس، همچنین عقیده دارد که قابلیت‌های Z-RAM با نیازمندی‌های مطرح شده در چشم‌انداز DRAM تا سال 2020 کاملاً هم‌خوانی دارد. او از شرکت هاینیکس انتظار دارد که نمونه‌های آزمایشی خود را برای کاربردهای تجاری در مدت دو سال تولید کند.

سایر شرکت‌ها مانند اینتل و توشیبا نیز در حال فعالیت بر روی حافظه‌های دارای ساختار شناور هستند.

لینک دائمی | نسخه مناسب چاپ | ارسال لينك اين صفحه به دوستان |