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Die Zukunft des Rams. Markus Meyerhöfer. Das FRAM. - PowerPoint PPT Presentation
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Die Zukunft des Rams
Markus Meyerhöfer
Das FRAM
Ferroelectric Random Access Memory
Ferroelektrische Speicherchips
Zukünftiges nicht flüchtiges Speichermedium
Diese Computersimulation zeigt die ferroelektrischen Bezirke, auch Domänen genannt, in einem gestauchten Barium-Titanat-Film auf einem dafür speziell ausgesuchten Trägermaterial bei einer Temperatur von 300 Grad Celsius. Die beiden Farben
markieren Entgegengesetzte elektrische Polarisationen.
Herstellung von FRAM
Barium-Titanat wird als dünne Filme auf ein geeignetes Trägermaterial aufgewachst
Funktionsweise
In einer ferro-elektrischen RAM-Zelle (Perovskit-Kristall) wird ein Kondensator aus einem Blei-Zirkonium-Titanat (PZT) in Auf- oder Abwärtsrichtung geladen. Ein einzelnes Atom im Inneren der Bitzelle befindet sich jeweils in einer von zwei stabilen Lagen. Ein elektrischer Dipol mit Auf- oder Aborientierung hält die Information. Beim Lesen werden die Bit- und die Wortleitung kurzzeitig mit einem Spannungsimpuls beschickt. Zeigen angelegtes und gespeichertes Feld in die gleiche Richtung, dann erscheint ein kleiner Stromimpuls auf der Leitung. Weisen beide Felder in gegensätzliche Richtung, dann entsteht ein großer Stromimpuls. Ausgelesen wird mit der Bitleitung. Nach dem Lesen einer Bitzelle muss diese - wie beim DRAM - wieder neu beschrieben werden.
Vorteile
Nicht flüchtiger Speicher
Günstig
Datenhaltbarkeit über 10 Jahre, auch bei starken Temperaturschwankungen
Geringer Stromverbrauch
Nachteile
Nur ca. 10 Milliarden Schreibvorgange
Nach jedem Lesen muss die Bitzelle wieder neu beschrieben werden
Schreibzeit ca. 100 ns (~ Standard-SRAM)
Magnetoresistive
Random
Access
Memory
MRAM
MJT (Magnetic Tunnel Junction)
Bei diesem Verfahren wird ein Schichtaufbau von zwei dünnen Ferromagnetischen Filmschichten realisiert, die von einer sehr dünnen dielektrischen Tunnelbarriere voneinander getrennt sind. Auf diese Weise erhält man so genannte magnetische Tunnelbarrieren.
Lesevorgang
Die beiden magnetischen Schichten verhalten sich wie ein kleiner Stabmagnet mit jeweils einem Süd- und einem Nordpol, dem sich ein magnetisches Moment zuordnen lässt. Die magnetischen Momente der beiden Magnete können nun gleichgerichtet oder einander entgegengesetzt sein und somit die beiden binären Zustände "0" und "1" repräsentieren.
Lesevorgang: Das Auslesen der Zelle basiert auf der Tatsache, dass der Widerstand der Tunnelbarriere geringer ist, wenn die beiden Ferromagnetischen Schichten parallel magnetisiert sind, als wenn die beiden Schichten antiparallel magnetisiert sind. Dieser Unterschied wird dadurch erreicht, dass durch die Schichten mit einer Dicke von wenigen Atomlagen eine Polarisierung der Elektronen erreicht wird. Der untere Magnet lässt nur Elektronen einer bestimmten Spin-Polarisationsrichtung durch, die von dem zweiten Magneten in Abhängigkeit von dessen Ausrichtung durchgelassen oder gesperrt werden. Wenn die beiden Magnete gleichgerichtet sind, können die Elektronen die Tunnelbarriere überwinden. Ist der zweite Magnet allerdings entgegengerichtet, dann wird auch dieser Stromanteil gesperrt.Der relative Unterschied im Widerstand, der sich nun zwischen Wort- und Bitleitung ergibt (Bild 12) beträgt typischerweise etwa 12 %.
Schreibvorgang
Um die Zellen zu beschreiben, werden Ströme durch Leitungen geschickt, die nah an den magnetischen Zellen vorbeiführen, mit diesen aber nicht leitend verbunden sind. Diese Leitungen, die parallel zu den Wortleitungen geführt werden, bezeichnet man als Digit Lines. Durch das einen Strom umgebende Magnetfeld werden die Magnete, je nach gewünschtem Speicherzustand, gleichgerichtet oder entgegengesetzt ausgerichtet.
Dabei fließt der Strom in der Wortleitung immer in eine Richtung und führt zu einem immer einheitlichen Moment des zugehörigen Magneten, während unterschiedliche Flussrichtungen durch die Bitleitungen die gewünschten Zustände repräsentieren.
Vorteile
Nicht flüchtiger Speicher
Schreibzeit bis zu 2,3 ns
Lesen mit 1/100 der Energie wie bei DRAMS
Keine Auffrischung des Speicherinhalts notwendig
Nachteile
Für Computer noch zu teuer und zu langsam
Quellen:http://www.verivox.de/News/ArticleDetails.asp?aid=6997&pm=1
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0610041.htm
http://www.tecchannel.de/hardware/1210/0.html
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0807111.htm
http://www.planet-rcs.de/de/article/ram4/
http://www.heise.de/newsticker/meldung/46438
http://www.golem.de/0310/28164.html
http://www.eetimes.de/semi/news/showArticle.jhtml?articleID=59200051
http://www.computerbase.de/lexikon/MRAM
http://www.tomshardware.de/business/20041019/flash-07.html
http://www.planet-rcs.de/de/article/ram4/
Hybrid Strukturen
GMR (Giant-Magnetoresistance-Effekt)