UltraRAM: memoria volatile e storage fusi in un unico componente

Ad aprile 2021 avevamo pubblicato un articolo in cui spiegavamo in breve cos’è la memoria UltraRAM e quali sono i principi di base che ne regolano il funzionamento. Con UltraRAM si vuole introdurre il concetto di memoria universale prendendo il meglio delle caratteristiche peculiari delle DRAM e delle flash per creare un dispositivo di memorizzazione non volatile capace di offrire prestazioni di primo livello. La fusione di RAM e storage non è un’idea nuova e se ci pensate qualcosa di simile è stato realizzato con Intel Optane, tecnologia che per vari motivi non si è rivelata particolarmente fortunata e non è più supportata neppure nei nuovi processori Xeon.

Perché UltraRAM si preannuncia una tecnologia vincente

I ricercatori britannici che si sono occupati della progettazione e dello sviluppo della tecnologia UltraRAM hanno annunciato la creazione di una spinout company ovvero un’azienda nata da una costola della Lancaster University per commercializzare la tecnologia sviluppata internamente. La società si chiama QuInAs Technology e fino ad oggi ha continuato a sviluppare, perfezionare e testare la nuova memoria UltraRAM. Sul sito di UltraRAM.tech si trova una dettagliata presentazione della tecnologia e di come uno studio accademico si sia trasformato in un prodotto commerciale.

Gli accademici del Dipartimento di Fisica e Ingegneria della Lancaster University hanno innanzi tutto descritto la loro invenzione come “una tecnologia che combina la non volatilità di una memoria di archiviazione dati come flash con la velocità, l’efficienza energetica e la durabilità di una DRAM“.

I materiali usati per produrre UltraRAM sono gli stessi semiconduttori composti che si utilizzano nei dispositivi optoelettronici come LED, laser, fotodiodi e fototransistor. La “svolta” consiste nel migliorare le prestazioni ricorrendo a substrati di silicio invece di wafer di arseniuro di gallio che possono essere fino a 1000 volte più costosi.

L’idea sviluppata dal docente di fisica Manus Hayne utilizza il cosiddetto quantum resonant tunnelling nei semiconduttori composti, materiali comunemente usati in dispositivi quali LED, diodi laser e rilevatori infrarossi ma non nell’elettronica digitale, “feudo” del silicio.

UltraRAM affidabili, veloci e non volatili

Grazie al fatto di essere una RAM non volatile, UltraRAM può memorizzare dati senza necessità di alimentazione pur conservando le prestazioni delle SDRAM odierne. Secondo i ricercatori d’Oltremanica, le memorie UltraRAM sarebbero molto affidabili: stimano tempi di conservazione superiori addirittura ai 1000 anni. Inoltre, i test di laboratorio hanno evidenziato che le UltraRAM sopportano più di 10⁷ cicli program/erase senza manifestare problemi.

I promotori di UltraRAM spiegano che il merito sarebbe riconducibile all’utilizzo di una struttura triple-barrier resonant tunneling (TBRT): svolge un ruolo simile allo strato di ossido delle flash NAND ma, secondo il team dell’Università di Lancaster, massimizza la durata di conservazione del dato.

UltraRAM è una memoria basata sulla carica che utilizza un gate flottante, simile alla NAND flash. Come nella flash, lo stato di carica del gate flottante viene letto in modo non distruttivo misurando la conducibilità del “canale” sottostante. Tuttavia, a differenza della flash, UltraRAM non subisce usura durante i cicli program/erase proprio in forza della struttura TBRT adottata.

Questa tecnologia potenzialmente rivoluzionaria avrebbe una resistenza almeno 4.000 volte superiore rispetto alla NAND, un decimo della latenza delle DRAM tradizionali e un’efficienza energetica superiore di un fattore 100 prendendo come riferimento sempre una DRAM basata su un nodo produttivo simile. Per questo colossi dell’industria come Meta hanno già manifestato il il loro vivo interesse.

Inizialmente brevettata negli USA, ulteriori brevetti sulla tecnologia UltraRAM sono attualmente in fase di registrazione nei principali mercati di tutto il mondo.

Una tecnologia già premiata prima di arrivare sul mercato

Nel frattempo, gli inventori di UltraRAM hanno già ricevuto un premio nell’ambito di ICURe Exploit, programma che l’agenzia britannica per l’innovazione promuove al fine di aiutare i ricercatori a commercializzare le loro innovazioni. L’assegnazione dei fondi sarà presto annunciata ufficialmente da QuInAs Technology.

Al Flash Memory Summit di agosto 2023, inoltre, i promotori della tecnologia UltraRAM hanno vinto un premio per la “startup di memoria flash più innovativa“.

A questo punto, grazie anche al finanziamento in arrivo, gli sviluppatori di UltraRAM si impegnano a testare dispositivi su scala nanometrica per ottimizzare ulteriormente prestazioni, efficienza e durabilità; collaborare con gli investitori e fare i primi passi verso la produzione in piccola scala.

Samsung, Kioxia e Western Digital hanno anch’esse in progetto un’integrazione simile a quella proposta con UltraRAM puntando sulla tecnologia XL-FLASH per le future soluzioni di archiviazione enterprise e consumer. Finora, però, nessuna azienda è stata in grado di realizzare un prodotto commerciale di successo.

Il meccanismo di caching sfruttato nella memoria flash è utilizzato già da tempo per migliorare le prestazioni degli hard disk e di unità più lente. Tutti gli attuali SSD hanno inoltre una cache aggiuntiva, di piccole dimensioni, ma molto veloce: da qui l’idea di unire tutto in un unico componente molto vicino al processore.