»Mati vseh pomnilnikov« je DRAM oziroma dinamični pomnilnik z naključnim dostopom. Podatek pri tem tipu pomnilnika predstavlja električni naboj, shranjen v kondenzatorju znotraj pomnilniške celice. Če naboj obstaja, potem gre za logično enico, če ga ni, pa za ničlo. A ta naboj počasi, a nezadržno »izpuhteva«, zato je treba celice tega tipa periodično osveževati. Po domače povedano, ponovno napolniti kondenzator. Prednost DRAM-a je v njegovi preprostosti. Za en zapisani bit (pomnilna celica) zadoščata en kondenzator in en tranzistor. Pri pomnilniku SRAM (statični), kjer ni potrebe po osveževanju podatkov, pa je tranzistorjev šest. Vendar podatki, shranjeni v ta tip pomnilnika, hitro izginejo, ko zmanjka električnega toka. Na drugi strani pa so tako imenovani stalni pomnilniki, ki podatke hranijo, tudi ko elektrike ni.
Kako deluje bliskovni pomnilnik?
Pomnilnik sestavlja mreža vrstic (word line) in stolpcev (bit line), na križiščih katerih je pomnilniška celica, ki jo sestavlja tranzistor z dvema namesto enimi vrati. Ena imenujejo »plavajoča vrata«, druga pa »kontrolna vrata«. Med njima je tanka plast izolacijske snovi (oksid). Električna povezava med plavajočimi vrati in »vrstico« je zgolj skozi kontrolna vrata, in če ta obstoji, celica hrani logično ena, sicer pa logično nič. Pri novem praznem pomnilniku so vse pomnilniške celice v stanju logično ena.
Spremembo stanja v logično nič dosežejo tako, da prek stolpca (povezave bit line) na plavajoča vrata pripeljejo električni naboj napetosti med 10 in 13 V. Električni tok steče skozi plavajoča vrata do ozemljitve in povzroči, da plavajoča vrata delujejo kot top elektronov. Vzburjeni elektroni prodrejo skozi izolacijsko plast, se »ulovijo« na njeni drugi strani (zaradi plasti izolacije tudi lahko ostanejo več let), kar da plasti negativni naboj, ki deluje kot pregrada med plavajočimi in kontrolnimi vrati. Ponoven prehod v stanje logično ena zahteva električno napetost višje napetosti in nasprotne polarizacije, ki »izbriše« ujete elektrone.
Branje, kaj je shranjeno v celici, poteka s tipalom, ki meri, koliko elektronov steče skozi celico, ko nanjo priključimo »bralni« tok. Če je teh več ko 50 odstotkov glede na pripeljani naboj, potem celica hrani logično ena, sicer pa ničlo. Najnovejši bliskovni pomnilniki pa natančnejši iz zmožni razbrati več kot le dve stanji (več ali manj od polovice). Razpoznajo lahko več stanj, kar pomeni, da lahko hranijo več bitov hkrati v eni celici.
Feroelektrični RAM (FeRAM)
Razvoj tega tipa pomnilnika poteka že od konca prejšnjega stoletja, na voljo so tudi komercialni izdelki, vendar iz različnih razlogov ta tip pomnilnika še ni resnejša grožnja bliskovnemu pomnilniku. Prednosti v primerjavi s slednjim sta hitrejše zapisovanje in manjša poraba električne energije.
Struktura pomnilnika FeRAM je podobna strukturi DRAM-a, le da je izolacijski del kondenzatorja iz feroelektrične snovi (tipično PTZ). Zapis poteka prek električnega polja na ploščah kondenzatorja, ki prisili dipole v izolatorju, da se uredijo v smeri polja (gor ali dol), kar povzroča majhne premike atomov in spremembo distribucije polja v kristalu. Ko polja ni več, orientacija dipolov ostane, kar pomeni, da se podatki ohranijo tudi, ko na pomnilniku ni električnega toka.
Branje zapisa je različno od branja pri pomnilniku DRAM. Tranzistor želi umetno spremeniti stanje celice, na primer v stanje nič. Če je celica že v tem stanju, se ne zagodi nič, če pa je v stanju ena, pa se sprememba orientacije zazna kot kratek električni impulz na izhodnih povezavah. Ker se v tem primeru spremeni prvotni zapis v celici (branje je destruktivni proces), mora elektronsko vezje v takem primeru ponoviti originalni zapis podatka.
Magnetni RAM (MRAM)
Tudi ta tip pomnilnika je že nekaj časa poznan, vendar zaradi razmeroma nizke gostote celic tudi ta (še) ni grožnja bliskovnim pomnilnikom. Zapis podatka v celici ne predstavlja električno, temveč magnetno polje. Celico, magnetni element, gradita dve »plošči« iz feromagnetne snovi in plast izolatorja med njima. Ena od plošč je stalno namagnetena z določeno polariteto, polariteta druge pa je odvisna od polja, »pripeljanega« nanjo. Ko spremenimo polariteto plošče, ta ostane tudi, ko pomnilnik ni priključen na električni tok.
Zapis je moč izvesti na več načinov. Najpreprostejši je izveden s prek dveh »zapisovalnih žic« pod celico, ki sta med seboj pod pravim kotom. Tok, ki teče po njih, inducira magnetno polje na točki stika žic, ta pa se nato »prenese« na »zapisovalno« ploščo – tisto, katere polariteta ni stalna.
Branje je izvedeno prek merjenja električne upornosti celice. Tok, ki ga žalimo »pripeljati« prek celice do ozemljitve, je na svoji poti bolj ali manj oviran, saj zaradi tako imenovanega magnetnega tunelskega efekta, magnetna orientacija obeh plošč vpliva na električni upor celice. Tipično logično ničlo predstavlja primer, ko sta obe plošči enako orientirani, in enico, ko sta polariteti nasprotni.
SONOS
Silicij-oksid-nitrid-oksid-silicij ali SONOS je tip visoko zmogljivega stalnega pomnilnika, ki je po strukturi podoben bliskovnim pomnilnikom. V primerjavi s slednjim pa je energetsko učinkovitejši in ima daljšo življenjsko dobo. Celico sestavlja tranzistor NMOS z dodatno izolacijsko plastjo na vratih. To sestavljajo plast oksida (2 nm), plast silicijevega nitrida (5 nm) in druga plast oksida (debeline med 5 in 10 nm).
Elektroni, podobno kot pri bliskovnem pomnilniku, prodirajo skozi plast izolatorja in se ujamejo v plasti silicijevega nitrida. Tu delujejo kot pregrada med izvorom in ponorom toka, ki zvišuje potrebno napetost za prevajanje električnega toka skozi tranzistor. Ujete elektrone lahko umaknemo z električnim tokom nasprotne polaritete. Če so ujeti elektroni, to predstavlja logično ena, sicer pa nič.
Upornostni RAM (RRAM)
Novejša tehnologija, ki ima nekaj izpeljank glede na uporabljeno izolacijsko snov (dielektrik). Ideja je v tem, da izolator postane prevoden (napake v snovi), natančneje, v njem se pojavijo prevodna vlakna oziroma poti kot posledica delovanja dovolj visoke napetosti. Poti je možno prekiniti in snov narediti neprevodno, s tokom drugačne napetosti.
NanoRAM
Izkorišča lastnost nanocevk, ko se dve križajoči se cevki na ravni podlagi lahko dotikata ali pa sta v navpični smeri glede na podloge rahlo oddaljeni ena od druge (Van der Waalsova interakcija). Pomnilniško celico sestavljajo cevke, potopljene v ležišče iz izolatorja, na katerih je majhna količina zlata (deluje kot električna povezava), imenovanim terminal. Preostale cevke pa so razpete prek »jarka« in so 13 nm nad kovinsko elektrodo. Druga elektroda je pod površino in je oddaljena 100 nm.
Običajno, ko so cevke raztegnjene prek jarka, tok ne steče med terminalom in zgornjo elektrodo, če na terminal pripeljemo nizko (bralno napetost). To predstavlja logično nič. Dovolj visoka napetost, pripeljana na obe elektrodi, pa povzroči, da se cevke upognejo navzdol proti gornji elektrodi in se je na kocu dotaknejo. Tok zdaj lahko steče in to je stanje logično ena. Stanje je moč spreminjati prek spreminjanja polaritete napetosti med elektrodama.
Obe stanji cevk sta stabilni. Razpeto stanje prek »jarka« je naravno stabilno, medtem ko je drugo upognjeno stanje stabilno zato, ker se pojavi tako imenovana Wan der Waalsova sila, ki izniči fizično napetost cevk oz. »željo«, da se te vrnejo v prvotno stanje.
Objavljeno: Moj mikro maj 2008 | Marjan Kodelja
