Универсальная память - одна из тех вещей, о которых вы, вероятно, не знали, если только вы не компьютерный гений.
Однако именно "священный грааль" компьютерной памяти, если это возможно, произвел бы революцию в компьютерах.
Ученые из Ланкастерского университета в Великобритании утверждают, что именно это и сделали.
Практической выгодой этого прогресса, в случае его реализации, могло бы стать значительное сокращение энергопотребления компьютеров.
Это важно, поскольку к 2025 году центры обработки данных, по прогнозам, потребляют 20% мировой электроэнергии.
Есть несколько свойств, которые определяют теоретически совершенную компьютерную память. Память существует в диапазоне от летучих до надежных.
Энергонезависимая память недолговечна, нуждается в активном питании и обновлении.
Надежная память имеет длительный срок службы и не требует активной мощности.
Память также должна быть стабильной в течение длительного времени - в идеале столетий, если не дольше.
Память компьютера также должна быть быстрой, чтобы данные можно было быстро записывать и считывать из памяти.
И, наконец, чем меньше энергии тратится системой памяти на все это, тем лучше.
Классическая проблема заключается в том, что ученые не смогли придумать такую форму компьютерной памяти, которая была бы одновременно надежной.
Это привело к иерархии памяти, при этом каждый тип памяти оптимизируется под одну конкретную функцию.
Универсальная память, напротив, имеет оптимальные характеристики для каждой функции.
Таким образом, процессорная память работает очень быстро, но очень нестабильно.
Затем есть кэш, является локальной памятью, также является энергозависимой и быстрой.
Память произвольного доступа, или оперативная память, является рабочей памятью компьютера, а также оптимизирована для быстрой работы за счет энергопотребления. Все эти типы памяти требуют активной мощности и обычно используются для работы компьютера.
Например, когда вы запускаете программу, вы загружаете ее в оперативную память (сколько потребуется, например).
Хранилище памяти надежное, но относительно медленное.
Это относится к флэш-накопителям, жестким дискам и резервному копированию на ленту.
Эти носители могут хранить информацию в течение длительного времени без питания, но относительно медленно.
Современные компьютеры, таким образом, имеют несколько типов памяти, что требует много перемещающейся информации.
Когда вы "загружаете" компьютер, частью этого является загрузка операционной системы в энергонезависимую память типа оперативной памяти, откуда она хранится на вашем флэш-диске или жестком диске.
Если бы, однако, у нас была идеальная память - то, что было дешево, обладало большой емкостью, было бы прочным даже при выключенном питании, было бы очень быстрым, как процессор, и потребляло бы мало энергии, то весь дизайн компьютера можно было бы упростить и сделать гораздо более эффективным.
Это означает, что вся память компьютера надежна, поэтому вам никогда не придется загружать компьютер.
Вам не придется переносить данные с жесткого диска на оперативную память, а затем помещать их в кэш и обратно на процессор.
Это сделает компьютеры теоретически более энергоэффективными, более стабильными, более быстрыми, меньшими и, возможно, дешевыми, поскольку в них будет меньше компонентов (это зависит от того, насколько дорога сама универсальная память).
Сам документ носит высокотехнический характер, но его заключение является хорошим резюме:
Мы продемонстрировали работу при комнатной температуре энергонезависимых, заряжаемых ячеек памяти с компактной конструкцией, низким напряжением записи и стирания и неразрушающим считыванием при комнатной температуре.
Противоречивые требования к неволатильности и низковольтному переключению достигаются благодаря квантово-механических свойств асимметричного тройного резонансно-туннелирующего барьера.
Компактная конфигурация и безпересекающийся канал с равномерным допингом открывают хорошие перспективы для масштабирования устройства, в то время как низковольтное, неволатильное и неразрушающее чтение минимизирует периферийные схемы, необходимые для полного микросхемы памяти.
Таким образом, эти устройства представляют собой перспективную новую концепцию запоминающих устройств.
Это означает, что они достигли надежной, быстрой и низкоэнергетической формы памяти.
Пока еще слишком рано говорить о том, сработает ли эта технология в коммерческом плане.
Как, например, она будет расширяться и насколько дорогостоящей?
Но это, если не что иное, доказательство концепции.
Такой тип памяти теоретически может существовать, и мы, кажется, находимся на пути к созданию чего-то жизнеспособного.
Хотя универсальная память и является конечной целью, она также не является предложением "все или ничего".
Технология памяти, которая объединяет все перечисленные выше приложения памяти, поможет упростить и, возможно, усовершенствовать компьютерный дизайн.
Недавно Intel объявила о том, что они говорят, "приближаются" к универсальной памяти, они называют Optane, использует технологию 3D XPoint.
По сути, это флэш-накопитель с энергонезависимой памятью, достаточно быстрый, чтобы функционировать в качестве оперативной памяти.
Это делает их превосходными в качестве твердотельных накопителей, но, похоже, они еще не полностью соответствуют скорости оперативной памяти:
Intel предоставляет программное обеспечение, которое позволит компьютерам работать с Optane как память, а не как хранилище, но это будет медленно.
Задержки диска "optane" достигают максимума в 7-8 микросекунд - намного быстрее, чем задержка флэш-памяти, что занимает сотни микросекунд, но не затрагивает низкие сотни наносекунд в DRAM.
Диски "Optane" сковываются интерфейсом, который они используют: Они подключаются к интерфейсу хранилища, а не к интерфейсу памяти.
Объединение различных типов памяти на пути к поистине универсальной памяти является важной вехой в устойчивом в остальном постепенном развитии компьютерных технологий.
Одним из очевидных преимуществ является продолжение тенденции к более быстрым, маленьким, лучшим, дешевым компьютерам.
Но есть и реальная практическая польза, о которой я говорил выше.
Обработка данных становится все более важным аспектом инфраструктуры нашего мира.
Мы приближаемся к 20% мирового производства электроэнергии, и кто знает, где это будет выравниваться.
По мере повышения эффективности компьютерной обработки, наши приложения также будут расти.
Это не означает, что повышение эффективности не принесет пользы - нам нужно будет расставлять приоритеты эффективности и добиваться прогресса только для того, чтобы снизить рост энергопотребления центров обработки данных.
На данный момент, что бы мы ни делали, значительная часть нашего углеродного следа приходится на компьютерную обработку.
Таким образом, эта отрасль имеет значение для глобального потребления энергии, и прогресс, подобный универсальной памяти, может иметь большое влияние.
