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Il futuro dello storage secondo IBM, memorie PCM multi-livello

ibm-logo-300x158Abbiamo già parlato di Phase Change Memory in occasione di una precedente news, in cui mostravamo il primo prototipo di SSD basato su questa tecnologia. La tecnologia PCM è estremamente promettente sia in termini di prestazioni (fino a 7 volte più veloce con file di piccole dimensioni degli attuali migliori SSD NAND Flash), sia, in futuro, in termini di costi di produzione). IBM annuncia oggi nuovi importanti progressi con questa tecnologia, che permetteranno di immagazzinare più bit all’interno della stessa cella di memoria. Per capire come i ricercatori IBM, in collaborazione con il centro di ricerca del Politecnico di Zurigo, siano riusciti ad introdurre celle di tipo multi-livello, occorre prima ricordare il funzionamento della tecnologia PCM.

PCM 

Come ne suggerisce il nome, la tecnologia Phase Change Memory consiste nel cambiare lo stato di aggregazione di uno speciale tipo di vetro, da amorfo a cristallino, utilizzando dei brevi impulsi di “calore”. In figura viene mostrata una tipica cella PCM, racchiusa tra due elettrodi metallici. Il materiale  utilizzato ha la particolare proprietà di variare in modo netto la propria resistenza elettrica a seconda del suo stato di aggregazione: nello stato cristallino la sua resistenza sarà fino a 5 ordini di grandezza inferiore rispetto allo stato amorfo. Questa resistenza può essere letta applicando un piccolo impulso di corrente. Applicando impulsi di corrente più consistenti sarà invece possibile cambiare lo stato di aggregazione del materiale. Con un impulso breve ma in grado di far innalzare la temperatura oltre ad una soglia critica il materiale verrà portato in un stato amorfo, viceversa, applicando un impulso prolungato in grado di mantenere il materiale intorno ad una determinata temperature di cristallizzazione, sarà possibile di passare all’altro stato.

La grande novità introdotta da IBM è la possibilità di immagazzinare più bit all’interno della stessa cella semplicemente cambiando e modulando lo stato di aggregazione della materia su 4 distinti livelli. Utilizzando una speciale tecnica di modulazione, viene aggirato il fenomeno di drift, che generalmente porta ad un rilassamento del reticolo cristallino nello stato amorfo, incrementando la possibilità di errori lettura. Dopo test durati più di 5 mesi, gli scienziati IBM hanno comprovato l’affidabilità di questa tecnologia.

I miglioramenti che queste memorie possono introdurre sono notevoli, si parla di tempi di accesso fino a 100 volte più brevi rispetto ad un SSD basato su Nand Flash. Inoltre il particolare funzionamento di questo tipo di celle di memoria permette di incrementare notevolmente la longevità delle celle stesse in seguito ad un numero elevato di scritture, problema che affligge attualmente gli SSD NAND Flash, ed in particolar modo quelli con processo produttivo inferiore (25nm).

La tabella mostra i punti di forza e di debolezza delle attuale tecnologie di memorizzazione.

 pcm-ibm

Attendiamo fiduciosi gli sviluppi di questa tecnologia, che sicuramente si sta dimostrando molto promettente.

 Leonardo Angelini