L'évolution des mémoires à semi-conducteurs
Le marché des mémoires à semi conducteurs est aujourd'hui dominé par 3 technologies :
- Deux volatiles : la SRAM
extrêmement rapide et onéreuse, utilisée là où la vitesse est
importante (registres, caches, mémoires de commande). pour profiter
pleinement de cette vitesse et grâce aux degrés d'intégration obtenus
aujourd'hui ces mémoires sont généralement dans les puces des
processeurs. La DRAM, plus dense, moins rapide et moins chère, est la technologie habituelle des mémoires principales.
- Une non volatile (ou permanente), la Flash dont les domaines d'utilisation sont variés et en forte croissance.
La recherche des constructeurs travaille dans les domaines suivants :
Pour les volatiles :
- ZRAM pour Zéro (capacitor) RAM.
Elle est basée sur la capacité parasite entre le transistor et le
substrat, apparue au début des années 2000, qui est apparue dans
l'utilisation d'un nouveau processus de fabrication : les circuits
intégrés sur isolant. Cette capacité était une difficulté pour
les concepteurs de logique, mais pouvait remplacer la capacité de
la DRAM. Cette mémoire est aussi rapide que la SRAM, et un peu plus
dense que la DRAM.
- TTRAM pour Twin Transistor RAM utilise le même effet que la ZRAM mais avec 2 transistors.
Ces deux types de mémoire se répandront quand la technologie des CI sur isolant (SOI = Silicon On Insulator) sera totalement maîtrisée.
Pour les permanentes :
- FeRAM pour Ferroelectric RAM.
Elles mettent à profit la persistence de la polarisation des
diélectriques (hystérésis diélectrique), qui constitue une mémoire
permanente, comme les tores utilisent l'hystérésis magnétique.
Fonctionnellement on les utilise comme des DRAM. Elles sont moins
denses, mais consomment beaucoup moins. Elles présentent par rapport à
la mémoire flash l'avantage d'un nombre de cycles (1016 versus 106) beaucoup plus grand. La production est en cours de démarrage
- MRAM pour MagnetoResistive RAM.
Deux aimants minuscules, l'un permanent, l'autre aimanté dans un
sens ou dans l'autre sont séparés par une couche isolante extrêmement
mince (quelques nanomètres). La lecture se fait par la mesure de la
résistance de la cellule qui est très différente selon que les 2
aimants sont orientés ou non dans le même sens. Ce phénomène est
la GMR (Giant Magneto Resistance) qui a valu le prix Nobel de physique 2007 au français Albert Fert et à l'allemand Peter Grünberg qui l'ont découverte indépendamment. Cet effet est basée sur une propriété quantique de l'électron intitulée "spin" qu'on peut comparer à un moment magnétique et peut prendre 2 valeurs. L'utilisation du spin de l'électron, appelée "spintronique"
(electronique du spin) est extrêmement prometteuse. La GMR est d'ores
et déjà utilisée dans les têtes des disques magnétiques à très haute
densité.
- CBRAM pour Conductive Bridging RAM. Elles utilisent un phénomène d'électrolyse qui conduit à une forte diminution de la résistance de la cellule.
- PRAM pour Phase change RAM.
Elles utilisent le changement de phase (amorphe ou cristallisé) d'un
type de verre spécial sous l'effet de la chaleur. Cet effet est déjà
utilisé dans les DVD
- SONOS pour Silicon Oxyde Nitride Oxyde Silicon.
Elles ressemblent beaucoup à la mémoire Flash à ceci près que la couche
d'oxyde est remplacée par un sandwich Oxyde Nitride, que les électrons
sont piègés dans le nitride, qu'il n'y a aucune fuite possible et que
cette technologie peut être plus dense que la flash. Elle supporterait
également plus de cycles et une meilleure résistance aux radiations.
- RRAM pour Resistive RAM. Elles utilisent la variation de résistance électrique de certains matériaux sous l'effet de la tension.
- Racetrack memory
au niveau de la recherche chez IBM. Elles utilisent le principe des
tores magnétiques : des boucles de courant (spins) au sein du matériau
magnétisent de minuscules domaines magnétiques (environ 100 nm).
On
voit la grande variété de phénomènes utilisés, dont plusieurs ont déjà
été mis en œuvre dans des produits anciens. Certes, comme cela s'est
déjà produit par le passé, beaucoup de ces technologies n'aboutiront
pas. L'objectif commun est de supplanter les mémoires Flash par des
produits plus rapides, plus denses, résistant mieux aux radiations , et
surtout autorisant un plus grand nombre de cycles écriture/lecture.
Sauf pour les mémoires ultra rapides intégrées dans les puces de
logique, l'avenir est aux mémoires permanentes qui, en plus de leurs
utilisations actuelles de mémoire de masse pourront avantageusement
remplacer les DRAM (l'inverse n'est pas vrai). On s'approchera
peut-être d'une mémoire "tous usages".