Technologie, które zastąpią SSD

Takie technologie jak RRAM mają ambicję zastąpić dyski SSD, ale przed nimi jeszcze daleka droga. Producenci wciąż wprowadzają udoskonalenia w technologii Flash.

Mimo niezaprzeczalnych korzyści nośniki Flash, czyli dyski SSD, mają też istotne wady. Podstawową jest ich zużywanie się przy relatywnie niskim limicie liczby cyklów zapisu do pojedynczej komórki, zanim ta przestanie nadawać się do użytku. Problem wynika z faktu, że każda próba zwiększenia gęstości nośnika danych prowadzi do znacznego skrócenia jego żywotności. Zmniejszanie kości, aby pomieścić na jednym nośniku więcej bitów, czy próba zapisu w pojedynczej komórce dwóch czy trzech bitów (technologie MLC i TLC) oraz kombinacje tych dwóch rozwiązań powodują szybsze zużywanie się nośnika.

Pamięci Flash są wolniejsze, niż byśmy sobie tego życzyli, i mogą działać wydajnie, tylko pracując w trybie blokowych operacji wejścia/wyjścia. To oznacza, że nośniki Flash są wdrażane tak jak twarde dyski, a więc z opóźnieniami powodowanymi przez oprogramowanie oraz towarzystwo wielu interfejsów. W idealnej sytuacji szybsza, adresowana bajtami pamięć lepiej spełniałaby potrzeby dzisiejszych systemów komputerowych. Flash bardzo zbliżył nas do realizacji tej koncepcji, ale zawiódł.

Zobacz również:

Alternatywy w powijakach

Mówiło się już o kilku technologiach mogących stanowić alternatywę dla Flash. Wszystkie zakładają wykorzystanie dziwnych mechanizmów fizyki, które powodują zmianę lub modyfikację wirujących elektronów lub powierzchni nośnika danych. Jest co najmniej 10 technologii, nad którymi trwają obecnie prace w laboratoriach. Żadna z nich nie jest na tyle dopracowana, aby trafić na rynek. W przypadku niektórych udało się już zbudować prototypy potwierdzające słuszność przyjętych założeń.

Najsilniejszym rywalem nośników Flash wydaje się technologia RRAM (Resistive Random-Access Memory), w której pamięć masowa obraca się między dwoma poziomami oporu w celu przechowywania danych binarnych. Porównując z technologią Flash, RRAM oferuje małe urządzenia, dużo większą szybkość przełączania i 10 razy wyższą żywotność. Liderem w tej technologii jest Crossbar, dysponujący na razie próbkami nośników danych o pojemnościach liczonych w megabajtach, podczas gdy pamięci Flash liczą już setki gigabajtów.

Niestety, prace nad zwiększaniem pojemności pamięci RRAM utknęły w miejscu z powodu problemów natury fizycznej, w tym interferencje między bitami podczas odczytu i zapisu poprzez niektóre tranzystory w komórce. To problem typowy dla wielu technologii alternatywnych dla Flasha. Ogranicza on pojemność komórek do stosunkowo małego limitu. W związku z tym prace nad nowymi technologiami wydłużą się przynajmniej o rok. Obecnie Crossbar deklaruje, że znalazł rozwiązanie problemu, co powinno otworzyć drzwi do budowy nowych, szybszych nośników danych. Nawet mniejsza szybkość zapisu nie powinna stanowić większego problemu, czyniąc tę technologię atrakcyjną.

Pozostali producenci są na etapie prototypów. Micron pracuje nad pamięciami PCM (Phase Change Memory), które również mają się charakteryzować dużymi szybkościami.

Jednak oprócz problemu opisanego już w kontekście technologii RRAM badacze zmagają się z problemem nadmiernego ciepła, powstającego na skutek używania większej ilości prądu do zmiany stanu komórek. Może to być poważne wyzwanie podczas budowania nośników o większych pojemnościach. Firma HGST poinformowała o opracowaniu urządzenia wykorzystującego chip Microna, ale nadal jest to tylko prototyp, a nie model produkcyjny.

W tym samym czasie HP pracuje nad technologią Memristor. Zasada działania jest podobna jak w przypadku RRAM, ale inny jest mechanizm powodujący zmienianie wartości. Tutaj również występuje problem interferencji między tranzystorami i w tym przypadku zmiany zawartości komórek mogą być wolniejsze niż przy technologii opracowanej przez Crossbars.

Te nowe technologie dają się dobrze łączyć w trójwymiarowe stosy, ale tylko Crossbar może obecnie pochwalić się rozwiązaniem 1TnR (1 Transistor driving n Resistive storage cells). Umożliwia ono zwiększenie gęstości zapisu danych. To czyni Crossbar obecnie najbardziej atrakcyjną alternatywą dla Flasha.

Akcja i reakcja

Producenci nośników Flash odpowiedzieli na wyzwanie rzucone przez twórców nowych technologii. Niektórzy producenci opracowali już urządzenia, w których komórki połączono pionowo w stosy nad pojedynczym tranzystorem. Takie podejście umożliwia zwiększenie pojemności o 32 czy 64 razy. Inną wynikającą z tego korzyścią jest znaczna poprawa żywotności przy zastosowaniu komórek o większych rozmiarach.

W efekcie wszyscy producenci nośników Flash twierdzą, że w 2017 r. zrównają się pojemności i ceny pamięci Flash z dyskami twardymi (przy pojemności 10 TB na nośnik). W przyszłości nośniki Flash będą miały większą pojemność niż tradycyjne HDD. To zła wiadomość dla producentów twardych dysków, którzy poszli własną ścieżką rozwoju i borykają się ze spadkiem tempa zwiększania pojemności.

Popularyzacja trójwymiarowej pamięci flash typu 3D NAND nie rozwiązuje problemów z szybkością i adresowaniem pamięci bajtami, ale charakteryzuje się świetnym współczynnikiem ceny do wydajności. 3D NAND będzie konkurencyjny jeszcze przez co najmniej 5 lat. W tym czasie nowe technologie będą trafiały tylko w nisze rynkowe.

Trzeba pamiętać, że stworzenie adresowanej bajtami pamięci RRAM czy innej z alternatywnych technologii będzie wymagało znacznych zmian w systemach operacyjnych, aplikacjach i narzędziach takich jak kompilatory czy edytory łączy, zanim te technologie będą mogły zadebiutować na rynku.


TOP 200