Technológiai értelemben a gyártók tágítják a határokat, tovább növelik a memóriasűrűséget a 25 nm-es és kisebb tartományban. A NAND flash vezető gyártói már elkezdték a 64 Gbites memóriák gyártását a 20–30 nm-es tartományban, és innovatív memóriaarchitektúrákat használnak a sűrűség iránti fokozott igény kielégítésére. A SanDisk és a Toshiba az ISSCC nemzetközi félvezető áramköri konferencián megjelentetett dokumentumában részleteket közölt egy 128 Gbites NAND flash eszközről, amely 19 nm, illetve 3 bit/cella technológiával készült.

Helyettesítési lehetőségek

Miközben a gyorsmemória egyre kisebb lesz és rövid, illetve középtávon töretlen kereslet mutatkozik iránta, hosszabb távon jelentős igény van egy olyan helyettesítő eszközre, amely különálló és beágyazott alkalmazásokban is megállja a helyét. Ebben a versenyben a félvezetőket gyártó vállalatok, a kutatócégek és egyetemek körülbelül harminc különböző nem felejtő memóriatechnológiát vizsgálnak, amely megoldások közül néhány már kisebb mennyiségben a gyakorlatban is elérhető.

A négy technológia, amely számos előnnyel bír a flash memóriával szemben – például százszor gyorsabb írás-olvasás és jóval hosszabb írásciklus-élettartam – a következő: Phase-Change Memory, Ferroelectric Random Access Memory, Magnetoresistive Random Access Memory és Resistive RAM.

Phase-Change Memory (PCM vagy PRAM) A PCM az úgynevezett kalkogenid üveg azon tulajdonságát használja ki, hogy az anyag négy különböző állapot között válthat: kristályos, amorf és két, részben kristályos állapot. Az állapotok közötti váltás annak a hőnek köszönhető, amely akkor termelődik, amikor az elektromos áram keresztülhalad az üvegen, és megváltoztatja az üveg állapotát. Mivel a PCM négy állapot létrehozására képes, lehetővé teszi a tárolókapacitás megduplázását, a két bitet cellánként. Az egyes állapotoknak nagyon eltérő elektromos ellenállása van; az amorf állapot nagy ellenállása alkotja a bináris 0-át, míg a kristályos állapot kis ellenállása az 1-et. A PCM elsődleges hátránya a magas hőmérséklettel szembeni érzékenysége.

A használat következtében is romlik a minősége, de sokkal lassabban, mint ahogy az a flash memóriánál jelentkezik, ahol az írási ciklusok száma 5000, míg a PCM esetében hozzávetőleg 100 millió. A PCM nagy teljesítményt nyújt különösen azokban az alkalmazásokban, ahol nagyszámú írási ciklusra van szükség, mivel rövid a kapcsolási ideje, illetve az egyes bitek közötti váltása, ahol nincs szükség először blokkok törlésére. Ez a típus jelenleg a 40 nm-es tartományban mozog. A Micron Technologies és a Samsung között kiélezett verseny dúl, hogy ki állítja elő először az 1 Gbites PCM eszközt, miközben az utóbbi cég már a NOR flash memóriával kompatibilis 512 Mbites PRAM-okat szerelt mobil eszközeibe.

Ferroelectric Random Access Memory (FRAM vagy FeRAM) Az FRAM felépítése nagyon hasonló a DRAM felépítéséhez. A DRAM egy dielektromos tranzisztorból és egy kondenzátoralapú tárolómagból áll, míg az FRAM ferroelektromos anyagot használ, mint például a PZT-t (ólom-cirkonát-titanát), a ferroelektromos kondenzátorhoz, amely a tranzisztorkapuhoz került beépítésre. A ferroelektromos anyag kristályos szerkezete lehetővé teszi a közel állandó elektromos dipólusok létrehozását, amelyek iránya megegyezik a külső elektromos mező irányával, és fenntartja ezt a polaritást a mező eltávolítása után is.

Így elérhető a véletlenszerű hozzáférés az egyes bitekhez az olvasási-írási műveletek során; a bináris 0 és 1 az egyes cellák két lehetséges polarizációjának köszönhetően tárolható. Az FRAM energiafogyasztása kisebb, nagyobb az írási sebessége és több írási-törlési ciklusra képes, mint a flash memória. Hátrányai között említhető, hogy kisebb a tárolási sűrűsége, korlátozott a tárolási kapacitása, és magasabbak a költségei. A Fujitsu már bejelentett olyan eszközöket, amelyek az FRAM memóriát használják a flash helyett, illetve az ipari, üzemi és szerényebb energiaszükségletű alkalmazásokban az SRAM helyett, miközben a Texas Instruments lassan bevezeti az FRAM-alapú mikrovezérlőket.

Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) Az MRAM két lemezből álló mágneses tárolóelemeket használ, amelyeket egy vékony szigetelőréteg választ el, és amelyek közül mindegyik képes a mágneses mező megtartására. A legegyszerűbb cellastruktúra hasonlít az úgynevezett spin szelepkonfigurációra. Az egyik lemez állandó mágneses polaritással bír, míg a másik lemez polaritása változtatható a külső mágneses mezőnek megfelelően. A bitek tárolása a következők szerint történik: 1-es esetén mindkét lemez polaritása azonos, 0 esetén a lemezek polaritása ellentétes. Ezeknek a celláknak a hálózata alkotja a memóriaeszközt. A technológiával kiváltható lesz nemcsak a flash memória, hanem a DRAM és az SRAM változatok is. Az MRAM azonban érzékeny a külső DC mágneses mezők okozta interferenciára.

Az Everspin, a Freescale Semiconductors egyik vállalata milliós darabszámban tervezi értékesíteni az MRAM egységeket, de nagy erőforrásokat fektet a második generációs, úgynevezett SST-MRAM (Spin Transfer Torque MRAM) fejlesztésére is. Ez a technológia kiváltja a szigetelőréteget a két lemez közötti korlátozóréteggel, valamint polarizált elektronokat használ. Elsődleges előnye, hogy csökkenti az íráshoz szükséges áramerősséget, amely nagyjából megegyezik az olvasási áramerősséggel, továbbá lehetővé teszi a magasabb sűrűséget; de a spin koherenciát fent kell tartani, és a nagyobb sebességhez magasabb áramerősség szükséges. A technológiát a 65 nm alatti tartományban kívánják alkalmazni az új kompozit struktúrákkal.

Resistive RAM (RRAM vagy ReRAM) Az RRAM működése az ellenállás anyagának elektromosságváltozásán (feszültség vagy áramerősség változása) alapszik, amelynek két stabil állapota lehet (alacsony és magas). Ez az oxid szigetelőanyagon hirtelen végigfutó elektromos vezetésnek köszönhető. Az RRAM két ellenállás-állapot között vált: a reset művelet visszaállítja a magas ellenállást az alacsony ellenállású állapotról; a set pedig ennek ellenkezőjét hozza létre. Az RRAM a 30 nm-es tartományban hozható létre; egy tanulmány szerint az oxigénalapú RRAM esetében az oxigénmozgás a 2 nm-es szinten is létrejöhet.

Az IMEC kutatóintézet szerint a RRAM eszközök úgynevezett stack struktúrával piacra léphetnek a 11 nm-es tartományban a SONOS flashsel, ami köztes lépés a 17 nm-es és 14 nm-es csomópontok felé. Az RRAM nanoszekundum alatti kapcsolási időt és minimális energiafogyasztást kínál, továbbá nagy adatbiztonsággal bír, illetve ellenáll a magas hőmérsékletnek és a ciklikus igénybevételnek. Ez a kiemelkedő strapabírás új lehetőséget tár fel az autóipar, illetve a beágyazott alkalmazások számára. Az Elpida már kifejlesztett egy RRAM prototípust azzal a céllal, hogy a tömeggyártást 2013-ban megkezdhesse olyan eszközökkel, amelyek kapacitása több gigabit, és a 30 nm-es tartományban dolgozik.

A négy technológia közül eddig egyik sem érte el a nagy áttörést a mennyiség tekintetében, mivel jelenleg csak nagyon kis piacon vannak jelen. A gyorsmemória még néhány generáción keresztül biztosan jelen lesz, tehát sok időnek kell még eltelnie ahhoz, hogy biztosan kimondhassunk, melyik technológiájé a jövő.