Come cambia la memoria

TECNOLOGIE DI MEMORIA –

Cambiamenti nello scenario dei player, debutto commerciale delle memorie Pcm, sviluppi promettenti per Cbram e Mram, trasformazione del panorama applicativo: sono questi alcuni dei principali aspetti della trasformazione in atto nel mondo dei dispositivi di memorizzazione.

Il settore delle memorie sta attraversando una fase di profonda evoluzione, sia a livello industriale sia a livello tecnologico. I cambiamenti in corso riguardano molti aspetti diversi, tra cui un crescente livello di concentrazione dei produttori, l'uscita di scena di alcuni player, sviluppi concreti sul fronte delle nuove tecnologie di memorizzazione, una maggiore segmentazione del mercato ecc. L'evoluzione in atto è dovuta da un lato a dinamiche interne al settore delle memorie; ad esempio, la ricerca di nuove tecnologie di memorizzazione viene perseguita per superare i limiti delle tradizionali Dram e Flash, ritenute inadatte a un'ulteriore miniaturizzazione; d'altro lato, però, sull'industria delle memorie agiscono anche i grandi cambiamenti in atto nel mondo della Information Technology, in particolare il boom dei sistemi portatili (smartphone, tablet ecc.) e l'esplosione dei volumi di dati da trattare (che si riflette nella crescita enorme delle server farm, come ad esempio quelle di Facebook). Vediamo di fare il punto della situazione.

Il panorama dei player e delle tecnologie
Iniziamo dando una rapida occhiata al panorama dei player, che negli ultimi anni è notevolmente cambiato, anche come conseguenza delle difficoltà economiche legate al crollo del prezzo delle Dram e alla crisi economica. Spicca il ruolo assunto dalla statunitense Micron Technology, che ha acquisito due produttori di memorie: Numonyx nel 2010 ed Elpida nel 2012. Sempre nel 2012 un altro importante produttore, Hynix Semiconductor, è stato acquisito dalla società coreana SK Telecom ed ha adottato il nuovo nome di SK Hynix. Si registra inoltre l'uscita di scena di Qimonda, spinoff di Infineon, che ha sostanzialmente cessato l'attività produttiva ed è oggi attiva come fornitore di IP. A seguito di questi movimenti, il mercato mondiale delle memorie è oggi dominato da quattro principali produttori: Samsung, Micron, SK Hynix e Toshiba. Per quanto riguarda la realtà italiana è interessante rilevare che SK Hynix ha recentemente creato un centro di ricerca e sviluppo ad Agrate Brianza tramite l'acquisizione della società Ideaflash, specializzata nello sviluppo di Flash Nand. Negli ultimi anni è cambiato anche il panorama delle tecnologie di memorizzazione innovative candidate a sostituire le Dram o le Flash. Una delle nuove soluzioni, la Pcm, può ritenersi ormai matura a livello industriale ed è già entrata a far parte dei cataloghi dei grandi produttori di memorie. Anche altre tecnologie innovative sono entrate in produzione, ma ad opera di piccole società specializzate: gli esempi più importanti, su cui torneremo nei paragrafi seguenti, riguardano Adesto con le Cbram e Crocus con le Tas-Mram. Si registra, infine, l'uscita di scena di Innovative Silicon, società nata per sviluppare la tecnologia Z-Ram. Nel complesso, oggi il panorama delle nuove tecnologie di memorizzazione appare molto più maturo rispetto a tre anni fa; attualmente l'enfasi viene posta sulle concrete possibilità di fabbricazione di dispositivi commerciabili. Vediamo ora in breve gli sviluppi principali per quanto riguarda le due grandi categorie in cui possono essere divise le nuove tecnologie di memorizzazione: di tipo resistivo e di tipo magnetoresistivo.

Le nuove tecnologie di tipo resistivo
Le nuove tecnologie di memorizzazione di tipo resistivo comprendono tutte le soluzioni che utilizzano variazioni di resistenza per immagazzinare l'informazione: rientrano in questa categoria le Pcm (Phase Change Memory), le Cbram (Conductive Bridging Ram) e le Rram (Resistive Ram). Le memorie Pcm sono uscite dai laboratori e vengono già offerte dai grandi produttori. Samsung ha installato questo tipo di dispositivi (prodotti autonomamente) su alcuni modelli dei propri telefoni cellulari, mentre il 17 luglio scorso Micron ha annunciato la disponibilità in grandi volumi di un chip a 45 nanometri per dispositivi portatili che comprende 1 gigabit di Pcm e 512 megabit di LPDDR2, in un contenitore multichip. Interesse per le memorie a cambiamento di fase (indicate in questo caso con la sigla Pcram, Phase Change Random Access Memory) viene manifestato anche da SK Hynix, che lo scorso giugno ha stretto un accordo con Ibm per lo sviluppo congiunto di questa tecnologia. Anche la Cbram (Conductive Bridging Ram) sta vivendo sviluppi di tipo industriale, ma ad opera di piccole società specializzate: studiata inizialmente da Axon, spinoff dell'università dell'Arizona, questa soluzione viene ora proposta principalmente dall'americana Adesto Technologies, che ha anche rafforzato il proprio know-how in questo campo comprando alcuni brevetti di Qimonda. Nel 2011 Adesto ha stretto una partnership con la fonderia francese Altis Semiconductor finalizzata appunto alla produzione di componenti Cbram. Prosegue, naturalmente, anche l'attività di ricerca: nel campo delle Ram resistive (Rram), un ruolo di primo piano è ricoperto oggi dall'istituto belga Imec, che nel 2011 ha dimostrato una cella di memoria basata su HfO2 (biossido di afnio) di dimensioni inferiori a 10x10 nanometri. Questa tecnologia è stata ulteriormente migliorata nel 2012 in termini di prestazioni e affidabilità.

Le nuove tecnologie di tipo magnetoresistivo
Le nuove tecnologie di memorizzazione di tipo magnetoresistivo consistono principalmente nelle due versioni della Mram (Magnetoresistive Ram) denominate Stt (Spin torque transfer) e Tas (Thermally assisted switching); un ruolo di particolare rilievo nello sviluppo di queste due soluzioni è stato svolto rispettivamente dalla californiana Grandis e dalla francese Crocus Technology (quest'ultima in collaborazione con l'istituto di ricerca francese Leti). Nel 2011 Grandis è stata acquisita da Samsung, il che sembra indicare un interesse da parte del colosso coreano verso la realizzazione di prodotti basati sulla Stt-Mram. Crocus Technology, spinoff di un laboratorio di spintronica di Grenoble, ha invece notevolmente rafforzato la propria posizione di azienda autonoma tramite una serie di accordi. Oltre alla partnership produttiva con la fonderia israeliana Tower Jazz, nel 2011 Crocus ha formato una joint venture da 250 milioni di dollari con il fondo di investimento russo Rusnano per la realizzazione di uno stabilimento produttivo nel paese ex-sovietico. La società francese può contare anche su un accordo con Ibm per lo sviluppo tecnologico congiunto e ha inoltre comprato brevetti da Nxp nel campo delle Mram. Non va comunque dimenticata la statunitense Everspin, che produce memorie Spin-Torque Mram (ST-Mram). I prodotti Everspin vengono utilizzati da Dell e da LSI nell'ambito di sistemi Raid (Redundant Array of Independent Disks).

Nuove tipologie
di prodotti e di applicazioni

Per quanto riguarda invece le tradizionali Dram e Flash, le novità riguardano gli aspetti applicativi e la comparsa di nuove tipologie di prodotti; la causa del cambiamento va ricercata principalmente nella diffusione dei sistemi portatili e nella proliferazione delle server farm. Si registra infatti la recente comparsa di Dram a basso consumo (LPDDR2 e LPDDR3) e a bassa latenza (come quelle sviluppate dalla californiana GSI Technology); inoltre alcuni costruttori di server hanno rimpiazzato le Dram con memorie Flash Nand in virtù del loro minore consumo di energia. Si sta sviluppando in modo significativo, infine, il mercato degli Ssd, dischi a stato solido basati su memorie Flash Nand. In generale, le tecnologie non volatili sembrano oggi essere favorite rispetto alle tecnologie volatili, perché l'assenza di refresh si concilia bene con le esigenze di riduzione dei consumi che accomunano i sistemi portatili e le server farm. Nel quadro delle tendenze riguardanti tutte le tecnologie di memorizzazione, tradizionali e innovative, va considerata anche la crescente importanza degli assemblaggi tridimensionali di chip, realizzati tramite Tsv (Through Silicon Via). Da segnalare, a questo proposito, la tecnologia Hybrid Memory Cube sviluppata da Micron, che promette un netto aumento delle prestazioni. La diffusione di questa soluzione è affidata a un apposito consorzio industriale denominato Hmc Consortium.

Due visioni diverse
È fuori di dubbio che la trasformazione dell'industria IT (in particolare il boom degli smartphone e delle server farm) stia cambiando le regole del gioco anche nel campo delle memorie, ed è altrettanto certo che alcune delle nuove tecnologie di memorizzazione stiano iniziando a tradursi in veri componenti disponibili sul mercato. Ma la concomitanza di questi due fattori porterà necessariamente a uno sviluppo massiccio delle memorie di tipo resistivo e magnetico, a danno delle tradizionali Dram e Flash? È presto per dirlo. La comunità degli addetti ai lavori, infatti, è divisa su questo punto. Secondo alcuni (in particolare l'analista Bob Merritt, della società di analisi Convergent Semiconductors) la situazione odierna offre molte opportunità alle nuove tecnologie di memorizzazione perché toglie importanza al tradizionale parametro del “prezzo per bit” e amplia la varietà dei sistemi target. In un mercato che non è più dominato dal personal computer, anche le tecnologie di memorizzazione tuttora relativamente care potranno trovare applicazione, in virtù di altre loro qualità; ad esempio perché consentono di semplificare l'architettura di un particolare tipo di sistema elettronico. Secondo altri osservatori, invece, i ricercatori troveranno il modo di migliorare ulteriormente le caratteristiche di Dram e Flash e di risolvere tutti i problemi connessi all'ulteriore riduzione delle loro geometrie. In effetti, la storia della microelettronica depone a favore di quest'ultima ipotesi, poiché finora tutti i limiti tecnologici ritenuti invalicabili sono stati regolarmente valicati. Non resta quindi che attendere i prossimi sviluppi.

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