NVRAM

Postojana memorija sa slučajnim pristupom (engl. Non-volatile random-access memory), poznata po svom akronimu NVRAM (od engl. NVRAM), je RAM memorija koja zadržava svoje informacije kada je struja isključena. Ovo je suprotno od DRAM i SRAM memorija, kod kojih se podaci izgube odmah nakon gubitka struje.

Najpoznatiji oblik NVRAM memorije danas je fleš memorija. Neke od mana fleš memorije je to da zahtevaju pisanje u većim blokovima nego što većina računara može da automatski adresira, i relativno ograničen život fleš memorije zbog konačnog maksimalnog broja piši-briši ciklusa (većina potrošačke elektronike sa fleš memorijom može podneti oko 100.000 ponovnih pisanja pre nego što memorija krene da se raspada). Još jedna mana je to da ograničenja performansi sprečava fleš da se izjednači sa normalnim oblicima RAM-a po pitanju vremena odziva i slučajnoj adresibilnosti. Nekoliko novijih tehnologija bi moglo da zamene fleš u nekim ulogama, a određeni istraživači tvrde da su pronašli pravu univerzalnu memoriju, koja nudi performanse najbržih SRAM uređaja sa osobinom postojanosti fleš memorije.

Rane NVRAM memorije

Rani računari su koristili širok niz memorijskih sistema, od kojih su neki bili postojani, iako ne namerno po dizajnu već kad efekat konstrukcije. Najčešći oblik memorije 1960ih je bila memorija sa magnetnim jezgrom, koja je čuvala podatke u polaritetu malih magneta. Pošto se polovi nisu menjali čak i kada se struja gasila, memorija je bila postojana. Ovakva memorija je bila sušta suprotnost memorijama baziranim na aktivnim elektronskim komponentama, originalno cevi ili flip-flop mehanizam baziran na termoelektronskom ventilu, kasnije flip-flop baziran na poluprovodniku (SRAM).

Brz napredak u proizvodnji poluprovodnika u kasnim 1970im godinama je doveo do nove generacije memorija čvrstog stanja sa kojim se ovo jezgro jednostavno nije moglo takmičiti. Jake tržišne sile su dramatično popravile ove uređaje tokom godina, tako da danas jeftin i brzi DRAM formira veliku većinu glavne memorije prosečnog računara. Međutim ima mnogo slučajeva gde postojanost igra značajnu ulogu, bilo u slučaju gde će se struje vremenom gasiti ili gde tražnja DRAM-a za stalnom strujom nailati na prepreku kod uređaja sa slabom strujom. Godinama nije bilo praktičnog rešenja za ovaj problem, i mnogi sistem su koristili kombinaciju ROM-a i RAM-a.

ROM po narudžbini je bio najranije rešenje, ali je imao hendikep da je po njemu moglo da se piše samo jedanput. ROMovi se sastoji iz serija dioda trajno povezanih da vraćaju tražene podatke, i tako se prave tokom proizvodnje.

Rom memorija sa mogućnošću programiranja je poboljšala ovaj dizajn, što je omogućilo korisniku da piše po čipu elektronskim putem. PROM se sastoji iz dioda koje su u početku podešene na jednu vrednost, "1" na primer. Dovodeći veću struju nego inače, moguće je izgoreti izabranu diodu tako da ona postane "0". PROM je bio odličan za kompanije koje su želele da izdaju nove verzije ili da prave različite proizvode koristeći isti čip. Na primer, PROM je često korišćen za igre za igračke konzole 1980ih.

Oni kojima su bile potrebne performanse kao što ima RAM i postojanost su obično morali da koriste normalne RAM urećaje i rezervnu bateriju. Ova postojana BIOS memorija, često nazivana CMOS RAM ili Parameterski RAM, je bilo često rešenje u ranijim računarskim sistemima kao što je originalni Epl Mekintoš, koji je koristio malu memoriju napajanu baterijom za skladištenje osnovnih informacija kao što je izabrani deo za but. Mnogo veće memorije sa rezervnom baterijom se i danas koriste kao keš za baze podataka sa velikim brzinama, koje zahtevaju nivo performansi koje NVRAM uređaji nisu uspeli da dostignu.

Tranzistor sa plutajućom kapijom

Veliki napredak u NVRAM tehnologiji je bio pronalazak tranzistora sa plutajućom kapijom, što je vodilo do uvođenja obrišive programabilne ROM memorije, ili EPROM. EPROM se sastoji iz mreže tranzistora čiji gejt terminal ("prekidač") je zaštićen izolatorom visokog kvaliteta. „Guranjem“ elektrona na bazu sa većem naponom nego inače, elektroni bivaju zarobljeni na daljoj strani izolatora, i tako trajno menjaju stanje tranzistora na „uključeno“ ("1"). EPROM se može resetovati na „početno stanje“ (na sve "1" ili "0", zavisno od dizajna) primenjujući ultraljubičasto svetlo. UV fotoni imaju dovoljno energije da gurnu elektrone kroz izolator, i tako povrate bazu na početno stanje. Tada se EPROM može reprogramirati ispočetka.

Poboljšanje EPROM-a, EEPROM, je zatim usledio. Dodatno „E“ znači električno, odnosno označava da se EEPROM može električno resetovani umesto korišćenjem UV zraka, što dosta olakšava korišćenje ovih uređaja u praksi. Bitovi se resetuju kada se pusti jača struja kroz kroz ostale terminale na tranzistoru (source i drain). Ovaj puls sa jakom strujom izvlači elektrone kroz izolator, vraćajući ga na početno stanje. Ovaj proces ima manu zbog toga što se svakim resetovanjem čip degradira.

Jedan pristup prevazilaženju ograničenja broja ciklusa pisanja je imati standard SRAM (engl. Shadow Random AAccess Memory) gde je svaki bit sačuvan rezervnim EEPROM bitom. Tokom normalnih operacija čip radi kao brzi SRAM i u slučaju nestanka struje sadržaj se brzo prenese na deo gde je EEPROM, odakle se čita tokom ponovnog paljenja. Takvi čipove su proizvođači zvali NOVRAM.

Baza fleš memorije je identična EEPROM-u, ali se dosta razlikuju u unutrašnjem rasporedu. Fleš dozvoljava da se memorija zapisuje samo u blokovima, što dosta pojednostavlja unutrašnje povezivanje i dozvoljava veću gustinu. Gustina memorije je glavni faktor cene u većini računarskih sistema i zbog toga je fleš postao jedan od najjeftinijih čvrstih memorijskih uređaja. Počev od 2000ih, potražnja sve većih količina fleša su terale proizvođače da koriste samo najnaprednije metode proizvodnje kako bi povećale gustinu što više. Iako granice mogućeg dolaze, nove „multibitne“ tehnike će moći da dupliraju ili učetvorostruče gustinu čak i na postojećim debljinama linija.

Novi pristupi

Fleš-ov i EEPROM-ov ograničeni životni ciklus prestavlja ozbiljan problem za svaku realanu RAM-oliku ulogu. Takođe problem predstavlja velika jačina struje koja je potrebna za pisanje ćelija je ozbiljan problem u sistemima sa slabijom strujom, gde se NVRAM često koristi. Struji je takođe potrebno vreme da se „skupi“ u uređaju sa nazivom „pumpa naboja“, koja drastišno usporava pisanje od čitanja, često čak 1.000 puta. Nekoliko novih memorijskih uređaja su predloženi kao rešenje ovih problema.

Feroelektrični RAM

Do danas, jedini takav sistem koji je ušao u široku proizvodnju je Feroelektrični RAM, ili F-RAM (ili FeRAM). F-RAM je RAM sličan po konstrukciji sa DRAM ali (umesto dielektričkog sloja kao u DRAM-u) sadrži tanak feroelektrični film od olovo-cirkonat-titanat [Pb(Zr,Ti)O₃], koji se često naziva PZT. Zr/Ti atomi menjaju polaritet električnog polja, i tako prave binarni prekidač. Nasuprot RAM uređajima, F-RAM zadržava svoje podatke kada nestane struje, jer PZT kristal zadržava polaritet. Zbog ove kristalne strukture F-RAM nudi drugačije osobine od ostalih postojanih memorija, uključujući ekstremnu izdržljivost, ultra nisku potrošnju energije (zato što F-RAM ne zahteva pumpu za naboj kao druge postojane memorije) i toleranciju na gama zrake. Ramtron Internašonal je razvio, proizveo i zaštitio feroelektrični RAM (F-RAM), a druge kompanije koje su zaštitile i proizvodile F-RAM su Teksas Instruments, Rom (engl. Rohm), i Fudžicu.

Magnetno otporni RAM

Još jedan pristup koji je video velike razvojne napore je magnetno-otporni RAM, ili MRAM, koji koristi magnetne elemente i u suštini radi slično kao i magnetno jezgrom, što važi bar za tehnologiju prve generacije. Samo jedan MRAM čip je ušao u proizvodnju do danas: deo od 4 MBita iz kompanije Everspin Teknolodžis, koja je MRAM memorija prve generacije. Dve tehnike druge generacije su trenutno u razvoju: TAS (engl. Thermal Assisted Switching), koju razvija Krokas Teknolodži, i STT (engl. spin-transfer torque) na kojoj rade Krokas, Hiniks, IBM, i nekoliko drugih kompanija. STT-MRAM dopušta mnogo veće gustine nego one prve generacije, ali zaostaje za flešom iz istog razloga kao i FeRAM, odnosno ogromnih pritisaka na tržištu fleš memorija.

RAM sa promenom faze

Još jedna tehnologija čvrstog stanja koja je doživela više nego ekperimentalni razvoj je RAM sa promenom faze, ili PRAM. PRAM se bazira na istom mehanizmu za čuvanje kao CD-ovi i DVD-evi, ali ih čita posmatrajući promene u električnom otporu. 2006e godine Samsung je najavio dostupnost čipa sa 512 Mb, odnosno znatno većeg kapaciteta od MRAM i FeRAM memorija. Površina koju su zauzimali ovi delovi su čak veći od današnjih fleš uređaja, a manji memorija je zbog izostavljanja kodiranja sa više bitova (engl. multi-bit encoding). Ovaj događaj je pratio Intel i STMajktoelektroniks, koji su demonstrirali svoje PRAM uređaje na "Intel Developer Forum-u“ 2006. godine u Oktobru.

Miliped memorija

Verovatno jedna od inovantnijih rešenja je miliped memorija, koju je razvio IBM. Miliped je u suštini karta sa rupama izbušena koristeći nanotehnologiju kako bi dramatično povećala površinsku gustinu. Iako je planirano da se ova tehnologija predstavi 2003, neplanirani problemi u razvoju su odložili taj događaj do 2005. kada već nije bila konkurentna flešu. Teoretski tehnologija nudi gustine od 1 terabajta po kvadratnom inču, veće nego i najbolje tehnologije tvrdog diska trenutno u upotrebi, ali buduće tehnologije kao što su magnetno snimanje uz pomoć toplote (engl. heat-assisted magnetic recording) i paterned medija (engl. patterned media) bi zajedno mogli da podrže gustine od 10 terabajta po kvadratnom inču. Međutim, sporo čitanje i pisanje za ovako velike memorije može ograničiti ovu tehnologiju na zamenu za čvrsti disk umesto za brze RAM-olike potrebe, iako se ovo može reći i za fleš.