ذاكرة الحاسوب العالمية

على الرغم من تميز ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة (SRAM)، وذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، والذاكرة الوميضية (Flash) بخصائص تكمل بعضها البعض وتجعلها مناسبة تمامًا لأدوارها المتخصصة في ذاكرة التخزين المؤقت (cache) والذاكرة النشطة وتخزين البيانات؛ فإن لكل منها عيوبها.

أما الآن، فقد توصل العلماء إلى مثال عملي سُمّي بـ "الذاكرة العالمية Universal Memory" بعد عقود من الأبحاث.

تتألف الذاكرة الوميضية (Flash) من ترانزستورات تأثير الحقل المُكوَّنة من نصف ناقل وأوكسيد معدن (Metal Oxide- Semiconductor  (MOSFET  مع بوابة عائمة إضافية (Floating Gate (FG لتخزين الشحنات.

تُمثَّل البيانات عن طريق كمية الشحنة الموجودة في البوابة FG المعزولة بواسطة طبقات الأوكسيد. تتطلب عمليات الكتابة والحذف تطبيقَ جهد كهربائي كبير على بوابة التحكم (Control Gate (CG يبلغ 20 V. أما قراءة البيانات؛ فإنها تحتاج جهودًا كهربائية صغيرة عن طريق اختبار ناقلية القناة.

إنّ عمليات البت في الذاكرة DRAM سريعة للغاية؛ لكنّ البيانات فيها تتطاير بمجرد قراءتها. وتتطلب التغذية الكهربائية كل بضع عشرات من ميلي ثانية بسبب تسرب الشحنات من المكثفات التي تستخدمها لتخزين البيانات.

SRAM هي أسرع ذاكرة تقليدية، وتتمتع بقدرة جيدة على الاحتفاظ بالبيانات مقارنةً بـ DRAM؛ لكنها تستخدم عادةً ستة ترنزستورات لكل خلية، ومن ثم تتطلب مساحة كبيرة على الرقاقة.

تُعدّ هذه المشكلات السبب الأساسي وراء البحث المتواصل عن بدائل للذواكر التقليدية فيما يُسمّى الذواكر الناشئة، ومن هذه الذواكر: ذواكر تغيير الطور (phase change memory)، والجسر الموصل                   (conductive bridge).

تتألف الذواكر السابقة والحالية والمستقبلية من الترانزستورات أو المكثفات بكافة أنواعها، والمؤلفة بدورها من عناصر كيميائية اُختيرت بعد دراسة خواصها.

تُمكِّن دراسة خصائص العناصر الكيميائية من الاختيار الصحيح وفق ما يناسب الميزات المرغوبة من الذاكرة أو الدارة المتكاملة عمومًا. لذلك؛ إنّ ابتكار نوع جديد من الذاكرة في نهاية المطاف ما هو إلا اختيار لعناصر أو تراكيب من عناصر لم تُستخدَم سابقًا للوصول إلى ميزات جديدة نرغبها.

وفي الذاكرة العالمية؛ استُغِلَّت تشكيلة نطاق التوصيل المذهلة لأنتيمونيد الألمنيوم AlSb وزرنيخيد إنديوم ثلاثي InAs في احتفاظ هذه الذاكرة بالطاقة وعدم الحاجة إلى التزويد المتكرر بها، إضافة إلى عدم تطاير البيانات منها بمجرد قراءتها.

تحتفظ هذه الذاكرة بالبيانات دون تطاير مدةً زمنية تبلغ 104ثانية على الأقل، مع جهد تبديل أقل من 2.6 فولت باستخدام إزاحة نطاق توصيل فائقة تبلغ 2.1 فولت لأنتيمونيد الألمنيوم AlSb وزرنيخيد إنديوم ثلاثي InAs، وبنية نفق رنين ثلاثية الحاجز.

يتطلب الجمع بين التشغيل المنخفض الجهد والسعة الصغيرة طاقةَ تبديلٍ داخلية أقل بمقدار 100 مرة من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، وأقل بـ 1000 مرة من الذاكرة الوميضية (Flash) لكل وحدة مساحة. ومن ثم يمكن عدّ الجهاز بمثابة ذاكرة ناشئة جديدة ذات إمكانات كبيرة.

إن هذه الذاكرة هي ذاكرة بوابة عائمة FG مُكوَّنة من بنى هجينة لأنتيمونيد الألمنيوم AISb، وزرنيخيد إنديوم ثلاثي InAs، وأنتيمونيد الغاليوم GaSb.

تُحقق المتطلبات المتناقضة لعدم تطاير البيانات والتبديل المنخفض الجهد عن طريق استغلال الخواص الميكانيكية الكمومية لحاجز نفق الرنين الثلاثي غير المتماثل. 

تشير التوصيفات المدمجة والقناة الخالية من الوصلات (junctionless channel) مع الشوائب الموحدة (تستخدم الشوائب لزيادة الناقلية وتنشيطها) إلى احتمالات جيدة لزيادة حجم الجهاز، في حين سيقلل الجهد المنخفض وعدم التذبذب والقراءة غير المدمرة من الدارات الطرفية المطلوبة في شريحة ذاكرة كاملة؛ مما يعني أنه ابتكارٌ واعد، فمن المتوقع أن تحل الذاكرة الجديدة محلَّ سوق بقيمة 100 مليار دولار لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM).

مُنِحت براءة اختراع أمريكية لهذا الابتكار الجديد، وأعربت شركات عدة عن اهتمامها بالمشاركة في البحث وتقديم الدعم المالي اللازم.

المصادر:

1-  هنا

2-  هنا

3-  هنا