Nano Random Access Memory

La mémoire NRAM ou mémoire Nano-RAM est un type de mémoire d'ordinateur non volatile à l'état de recherche et développement, propriété de Nantero.


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Composant mémoire - Nanomatériau - Matériau

Types de mémoire
RAM et ROM
Non volatiles

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La mémoire NRAM ou mémoire Nano-RAM est un type de mémoire d'ordinateur non volatile à l'état de recherche et développement, propriété de Nantero.

Le fonctionnement de la mémoire NRAM est basée sur la position des nanotubes de carbone sur un substrat comparable à un circuit intégré. En principe, la petite dimension des nanotubes devrait permettre une très grande densité d'information par unité de surface.

Les chercheurs espèrent que cette mémoire remplacera un jour la mémoire flash.

Technologie

La technologie de Nantero est basée sur l'effet connu dans les nanotubes de carbone où les nanotubes croisées sur une surface plane peuvent : soit se toucher, soit être un peu scindés dans le sens vertical (normal pour les substrats), effet dû à la Force de van der Waals. Chaque cellule de NRAM se compose d'un nombre de nanotubes suspendus dans des terrains isolant sur une électrode de métal. Posés, les nanotubes reposent au-dessus de l'électrode dans l'air, environ 13 nm au-dessus dans les versions actuelles, étirés entre les deux terrains. Un petit point d'or est déposé sur le haut des nanotubes sur l'un des terrains, faisant une connexion électrique, ou terminale. Une seconde électrode se trouve en dessous de la surface, à à peu près 100 nm de distance.

Théoriquement, avec les nanotubes suspendus au-dessus de l'électrode, une faible tension électrique appliquée entre le terminal et l'électrode du dessus ne permettra pas de faire circuler le courant. Cela représente l'état 0. Néanmoins, si une tension plus importante est appliquée entre les deux électrodes, les nanotubes vont être entraînés vers l'électrode du dessus jusqu'à ce qu'ils la touchent. Dès lors, une faible tension entre le terminal et l'électrode du dessus permettra au courant de passer (les nanotubes étant conducteurs), représentant un état 1. L'état peut changer en inversant la polarité de la charge appliquée aux deux électrodes. N-RAM peut contenir jusqu'à 200 gigabytes par unité au carré (square unit).

Ce qui fait réagir cela comme une mémoire est que les deux positions des nanotubes sont stables. Sur la position éteinte, la tension mécanique dans les tubes est basse, ce qui les maintient naturellement dans cette position et sert à lire continuellement 0. Lorsque les tubes sont mis en contact avec l'électrode du dessus, une force nouvelle, la petite Force de Van der Waals, entre en jeu et attire les tubes suffisamment pour vaincre la tension mécanique. Une fois dans cette position, les tubes vont rester à l'endroit où ils sont et on pourra lire 1. Ces positions sont suffisamment résistantes aux interférences extérieures comme les radiations qui peuvent effacer ou déstabiliser la mémoire dans une DRAM conventionnelle.

Les NRAMs sont fabriqués en déposant de nombreux nanotubes sur une puce (chip) pré-fabriquée contenant les rames des électrodes en forme de résistances avec les un peu plus grandes strates entre elles. Les tubes au mauvais emplacement sont alors retirés, et les terminaux en or déposés sur le haut. Différentes méthodes peuvent être utilisées pour sélectionner une cellule unique où écrire, par exemple le second appareil d'électrodes peut être tourné dans la direction opposée, formant une grille, ou il peut être choisi en ajoutant de la tension dans les terminaux, signifiant que seules les cellules choisies ont une tension totale suffisante pour causer le retournement.

Actuellement, la méthode consistant à retirer les nanotubes non désirés rend le dispositif impraticable. La précision et la taille par épitaxie est beaucoup plus grande que la taille de la cellule ne le permet. Des cellules aujourd'hui existantes en état d'expérimentation ont une densité particulièrement basse comparé à celles utilisées, de nouvelles méthodes de production vont devoir être introduites pour rendre le dispositif utilisable.

Avantages

La NRAM a une densité, en principe du moins, comparable à celle de la DRAM. La DRAM a un nombre de condensateurs, qui sont principalement de petites plaques de métal avec un fin isolateur entre elles. La NRAM est identique, de la même taille que pour la DRAM, les nanotubes entre elles étant si petits qu'ils n'ajoutent rien au poids total de la mémoire. Il y a cependant une taille minimum à laquelle la DRAM peut être construite, en dessous de laquelle il n'y a pas suffisament de charge stockée pour permettre la lecture de la DRAM. La NRAM est par contre limitée par l'état actuel de la recherche en lithographie ; ce qui veut dire que la NRAM pourrait être capable de stocker plus d'informations que la DRAM. Cela veut dire aussi qu'elle pourrait être meilleur marché, si cela devient envisageable de contrôler la position des nanotubes de carbone au point que l'industrie des semiconducteurs (voir Procédés de fabrication des systèmes à semi-conducteurs peut contrôler le positionnement des mécanismes sur du silicone.

D'autre part, au contraire de la DRAM, la NRAM ne nécessite pas d'alimentation pour la recharger, et gardera sa mémoire même après que l'alimentation sera éteinte. Qui plus est , l'alimentation indispensable à l'appareil pour écrire dessus est bien inférieure pour la NRAM (la DRAM nécessitant la fabrication de charge électrique sur les plaques). La NRAM ne va par conséquent pas uniquement concurrencer la DRAM en termes de coûts, mais nécessite aussi moins d'énergie, et peut par conséquent être plus efficiente (la vitesse d'écriture est beaucoup dépendante de l'énergie totale utilisée). La NRAM peut théoriquement atteindre la vitesse de la SRAM, qui est plus rapide que la DRAM mais moins dense, par conséquent plus chère.

En comparaison avec d'autres technologies NVRAM, la NRAM a plusieurs spécificités qui la rende avantageuse. La forme la plus commune de NVRAM d'aujourd'hui est la mémoire flash, qui combine un circuit transistor bistable connu sous le nom de basculeflip-flop»), qui se trouve être aussi la base de la SRAM. L'une des bases de transistor est entourée par un isolant de haute technologie. Après l'inscription dessus, l'isolant piège les électrons dans l'électrode de base, l'enfermant dans un état 1. Cependant, pour changer l'état de ce bit, l'isolant doit être surchargé pour effacer toute information déjà stockée. Cela nécessite une tension importante d'environ 10 volts, soit plus grande que ce qu'une pile peut apporter. Les dispositifs de mémoire Flash doivent inclure un convertisseur à pompe de charge qui progressivement produit de l'énergie et la relâche à haute tension. Cette procédure est non seulement lente mais abîme les isolants. C'est pour cette raison que les mémoires Flash ont une longévité limitée, entre 10 000 et 1 000 000 d'«écriture» avant que l'appareil ne devienne non performant.

La NRAM peut potentiellement éviter ces problèmes. Le processus d'écriture et de lecture sont l'ensemble des deux de «basse énergie» en comparaison avec la mémoire Flash (ou la DRAM surtout). La NRAM peut par conséquent être produites avec des piles à durée de vie plus longue dans des appareils conventionnels. La NRAM est aussi plus rapide pour écrire que la mémoire Flash et la DRAM, ce qui veut dire que la NRAM pourrait remplacer les deux. Un téléphone portable moderne va fréquemment avoir une mémoire Flash pour stocker les numéros de téléphone entre autres, la DRAM étant utilisée pour des tâches qui nécessitent une mémoire à plus grande vitesse, d'autre part, il faut y ajouter une SRAM dans le processeur parce que la DRAM est trop lente pour sa propre utilisation. Tout cela pourrait être remplacé par la NRAM, avec quelques NRAM positionnées sur le processeur pour agir comme mémoire cache, et d'autres NRAM positionnées dans les autres microprocesseurs pour remplacer à la fois la DRAM et la mémoire Flash.

Comparaison avec d'autres dispositifs

La NRAM est un des nouveaux dispositifs de mémoire, certains la considérant comme universelle, remplaçant la mémoire Flash, DRAM et SRAM.

Le seul dispositif commercialisable à l'heure actuelle est la mémoire FRAM. La FRAM ajoute une petite quantité de matériel ferro-électrique dans une cellule DRAM, permettant d'encoder les bits dans un format non-destructible. La FRAM a l'ensemble des avantages de la NRAM, même si la plus petite cellule envisageable pour la FRAM est énormément plus grande que pour la NRAM. La FRAM est aujourd'hui utilisée dans un nombre d'applications où le nombre limité d'écriture de la mémoire Flash pose problème, mais compte tenu de les investissements lourds dans les usines de mémoire Flash, la FRAM n'a pu remplacer la mémoire Flash sur le marché.

D'autres plus hypothétiques dispositifs de mémoire sont la MRAM et la PRAM. La MRAM est basé sur l'effet magnétique comparable à ceux utilisé dans les disques durs, la mémoire comme telle étant constituée d'une grille de petits «points» magnétiques, chacun comportant un bit. La clé du potentiel de la MRAM est la manière dont elle lit la mémoire en utilisant la Magnétorésistance géante, lui servant à lire la mémoire à la fois sans destruction et sans utiliser énormément d'énergie. Malheureusement, il apparaît que la NRAM a déjà atteint sa plus petite taille de cellule, plus grande que celle des mémoires Flash. La PRAM quant à elle est basée sur une technologie comparable à celle des CD ou DVD inscriptibles, utilisant un matériel «phase-change» qui change ses propriétés magnétiques ou électriques au lieu de ses propriétés optiques. La PRAM a une petite taille de cellule, même si les mécanismes actuels ne sont pas suffisament petits pour être pratiques.

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 09/12/2010.
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