CBRAM – pamięć PMC

Jedną z technologii konkurujących w obszarze poszukiwań następcy dobijającej kresu swoich możliwości pamięci Flash jest CBRAM (Conductive Bridging RAM) - pamięć podobna do rezystywnego RAM-u. Jej parametry w kontekście zużywanej energii, jak również szybkości działania, znacznie przewyższają komórki NAND stanowiąc idealne rozwiązanie w przypadku urządzeń w segmencie np. Internetu Rzeczy (IoT), a także wszędzie tam gdzie priorytetowe są te właśnie parametry. CBRAM (rozwijana przez Adesto Technologies) funkcjonuje w ramach pamięci określanych jako EMC (Electrochemical Metallization Cell) albo PMC (Programmable Metallization Cell) i posiada swoje odpowiedniki w postaci „Nanobridge” (NEC) i “electrolytic memory” (SONY).

Pamięci rezystywne vs CBRAM

W pamięci rezystywnej bity informacji są przechowywane w formie odpowiedniej wartości rezystancji określonego elementu (zależnie od technologii). Zapis informacji realizowany jest dzięki stosownej zmianie rezystancji, jej odczyt dokonuje się poprzez pomiar. Pamięci ReRAM działają na zasadzie odwracalnego przełączania poziomów oporności określonych materiałów dielektrycznych. Przełączanie następuje między stanem przewodzenia a oporowym w warunkach odpowiedniej polaryzacji. W przeciwieństwie do CBRAM, gdzie jony metali łatwo rozpuszczają się w przestrzeni materiału międzyelektrodowego, wymagane jest tu jednak działanie silnego pola elektrycznego (etap wygenerowania lokalnego uszkodzenia).

Działanie CBRAM

Technologia pamięci CBRAM wykorzystuje elektrody przewodzące rozdzielone warstwą dielektryka - warstwy metalizowane (wolframowe i srebrna lub miedziana) i dielektryczne między klasycznymi połączeniami CMOS na metalizowanej powierzchni. Polega ona na odwracalnym kreowaniu indukowanego elektrochemicznie połączenia przewodzącego w warstwie dielektrycznej (przewodnictwo jonowe). W ten sposób powstają łącza - przewodzące prąd nano-włókna. Włókna te stanowią ścieżkę przewodzenia zmniejszającą wartość rezystancji dielektryka. Dane w komórkach pamięci są przechowywane w postaci stosownej wartości rezystancji takiego dielektrycznego połączenia. Wysoka rezystancja (brak połączenia) oznacza logiczne zero, niska rezystancja (połączenie) wskazuje na logiczną jedynkę. Komórka pamięci może przełączać się pomiędzy tymi dwoma stanami dzięki krótkim impulsom napięciowym. W zależności od przepływającego prądu można przerywać połączenia włókien i wprowadzać w stan wysokiej oporności albo przywracać połączenia włókien generując stan niskiej rezystancji.

Zalety

Proces zapisu w komórkach CBRAM jest wyjątkowo szybki (10 - 100 nanosekund). Ważniejsze jest jednak zużycie energii, które jest na znacznie niższym poziomie niż w przypadku technologii półprzewodnikowych. Komórki pamięci CBRAM działają przy napięciu niższym od 1 V i prądach na poziomie mikroamperów. Wymagają zatem 10 - 100 razy mniej energii niż pamięci typu NAND-flash. Jej niskie zużycie energii sprawia, że pojawiają się wizje urządzeń, które nigdy nie będą wymagać wymiany zasilania (ładowania) podczas procesu eksploatacyjnego. Połączenie tego typu jest przy tym bardzo wytrzymałe i stabilne pod kątem warunków termicznych (wywołanych nagłymi zmianami temperatury).

Zastosowania

Technologia CBRAM opracowana została pod kątem jej integracji ze standardowymi procesami produkcji układów logicznych, co czyni ją idealnym rozwiązaniem dla wszelkich aplikacji wymagających pamięci wewnętrznej. Może mieć zastosowanie uniwersalne, ale nie musi być dostarczana w formie standardowej kości pamięci. Jej projektowanie może odbywać się pod kątem konkretnej aplikacji i związanych z nią wymagań systemowych. Pod uwagę brane są wówczas także określone czynniki zewnętrzne, jak rozmiary rynku, zakres cen czy koszty przedsięwzięcia. Patrząc z tej perspektywy najbardziej obiecujący jest tu rynek Internetu Rzecz, czy urządzeń typu wearables (do noszenia). Szerokie zastosowania pamięci typu CBRAM znaleźć mogą także wśród urządzeń medycznych. Decydująca jest tutaj odporność zapisu na procesy sterylizacji tego rodzaju aparatury. Integralność danych zostaje tutaj zachowana w przypadku sterylizacji urządzeń wiązką elektryczną i promieniowaniem bez utraty jego funkcjonalności przy znacznie wyższych wartościach niż jest to wymagane w przypadku sprzętu medycznego.

Z perspektywy skutecznego usunięcia danych

Patrząc z perspektywy Data Recovery obawy dotyczące nieautoryzowanego dostępu do danych wrażliwych w przypadku ich uprzedniego usunięcia zdaniem projektantów pamięci tego rodzaju są bezpodstawne. Usunięcie musi być jednak tożsame z ich nadpisaniem. Zapisane w komórkach pamięci CBRAM bity danych są skutecznie usuwane poprzez kasowanie (w przypadku określonych implementacji komenda “usuń” tożsama jest zapisowi z ustalonym wzorcem) jej zawartości, tudzież nadpisanie. Nadpisanie zawartości komórek tego typu pamięci definitywnie uniemożliwia jej późniejsze odzyskanie, nie pozostawiając żadnych śladów określanych niekiedy jako “ghost-data”.

W przypadku sprzętu z danymi szczególnie wrażliwymi niektórzy analitycy zalecają jednak korzystanie z szyfrowania zamiast czasochłonnego i energochłonnego nadpisywania danych pamięci w przypadku konieczności utylizacji bądź sprzedaży urządzenia. Rozważania na temat ewentualnych “śladów” danych stają się wówczas bezzasadne.

Pavel Kroupka