Co to jest ferroelektryczna pamięć RAM?
Ferroelektryczna pamięć o swobodnym dostępie (FRAM lub FeRAM) to specjalistyczny rodzaj półprzewodnikowego nośnika danych do zastosowań komputerowych. Różni się od zwykłej pamięci RAM używanej w większości komputerów osobistych tym, że jest nieulotna, co oznacza, że zachowuje zapisane w niej dane po wyłączeniu zasilania urządzenia, co nie jest prawdą w przypadku standardowej dynamicznej pamięci RAM (DRAM). Unikalne właściwości materiału, z którego wykonany jest FRAM, nadaje mu naturalny stan ferroelektryczny, co oznacza, że ma wbudowaną polaryzację, która nadaje się do półtrwałego przechowywania danych bez potrzeby zasilania. Ta naturalna polaryzacja oznacza, że FRAM ma niski poziom zużycia energii w porównaniu do standardowej pamięci DRAM.
Dane na chipie FRAM można również zmienić poprzez zastosowanie pola elektrycznego w celu zapisania nowych informacji, co daje pewne podobieństwo do Flash RAM i programowalnych układów pamięci w wielu typach komputerowych maszyn przemysłowych znanych jako elektrycznie kasowalna programowalna pamięć tylko do odczytu (EEPROM). Główne wady FRAM polegają na tym, że gęstość przechowywania danych jest znacznie mniejsza niż w przypadku innych rodzajów pamięci RAM i jest trudniejsza do wytworzenia, ponieważ warstwę ferroelektryczną można łatwo zdegradować podczas wytwarzania chipu krzemowego. Ponieważ ferroelektyczna pamięć RAM nie może pomieścić dużej ilości danych i byłaby kosztowna w przypadku aplikacji wymagających dużej ilości pamięci, jest ona najczęściej używana w przenośnych urządzeniach komputerowych, takich jak karty inteligentne powiązane z systemami bezpieczeństwa w celu wejścia do budynków i identyfikatora częstotliwości radiowej Tagi (RFID) używane w produktach konsumenckich do śledzenia zapasów.
Materiałem najczęściej stosowanym do produkcji ferroelektrycznej pamięci RAM od 2011 r. Jest tytanian cyrkonianu ołowiu (PZT), choć historię tej technologii można prześledzić od jej koncepcji w 1952 r. I pierwszej produkcji pod koniec lat osiemdziesiątych. Architektura układu FRAM jest zbudowana na modelu, w którym kondensator pamięci jest połączony z tranzystorem sygnalizacyjnym w celu utworzenia jednej programowalnej komórki metalizacyjnej. Materiał PZT w ferroreektrycznej pamięci RAM pozwala zachować dane bez dostępu do zasilania. Podczas gdy architektura oparta jest na tym samym modelu co DRAM i oba przechowują dane jako ciągi binarne zer i jedynek, tylko ferroelektryczna pamięć RAM ma pamięć zmiany fazy, w której dane są trwale osadzone, dopóki zastosowane pole elektryczne nie usunie go lub nie nadpisze. W tym sensie ferroelektryczna pamięć RAM działa w taki sam sposób, jak pamięć flash lub układ EEPROM, z tym wyjątkiem, że prędkość odczytu i zapisu jest znacznie większa i może być powtarzana jeszcze wiele razy, zanim układ FRAM zacznie zawodzić, a poziom zużycia energii jest znacznie niższy.
Ponieważ ferroelektryczna pamięć RAM może mieć szybkość dostępu do odczytu i zapisu 30 000 razy większą niż standardowy układ EEPROM, a także fakt, że może trwać 100 000 razy dłużej i ma tylko 1/200 th zużycia energii EEPROM, jest to rodzaj prekursora do pamięci toru wyścigowego. Pamięć toru wyścigowego to rodzaj nieulotnej, uniwersalnej pamięci półprzewodnikowej projektowanej w USA, która może ostatecznie zastąpić standardowe dyski twarde komputera i przenośne urządzenia pamięci flash. Po komercjalizacji oczekuje się, że pamięć toru wyścigowego będzie miała prędkość odczytu i zapisu 100 razy większą niż obecna ferroelektryczna pamięć RAM lub 3 000 000 razy większą niż poziom wydajności standardowego dysku twardego w 2011 roku.