Per la prima volta gli scienziati di IBM Research hanno dimostrato la possibilità di memorizzare in modo affidabile 3 bit di dati in una singola cella utilizzando una tecnologia relativamente nuova di memoria, nota come memoria a cambiamento di fase (Phase-change memory – PCM).

L’attuale panorama delle memorie spazia dalla ormai veneranda DRAM agli hard disk, all’onnipresente flash. Tuttavia, negli ultimi anni, la PCM ha attirato l’attenzione del settore come potenziale tecnologia di memoria universale, sulla base di una combinazione di velocità in lettura e scrittura, resistenza, non volatilità e densità. Ad esempio, la PCM non perde dati quando viene spenta, a differenza della DRAM, e la tecnologia può sostenere almeno 10 milioni di cicli di scrittura, rispetto a una comune chiavetta flash USB che non supera i 3.000 cicli di scrittura.

Gli scienziati IBM prevedono di sviluppare PCM stand-alone, ma anche applicazioni ibride, che combinano PCM e storage flash, con la PCM che funge da cache estremamente veloce. Ad esempio, il sistema operativo di un telefono cellulare potrebbe essere memorizzato nella PCM, permettendo al telefono di essere avviato in pochi secondi. In azienda interi database potrebbero essere memorizzati nella PCM, permettendo di effettuare interrogazioni rapidissime per applicazioni online time-critical, come ad esempio le transazioni finanziarie.

Anche gli algoritmi di apprendimento automatico, che utilizzano dataset di grandi dimensioni, sono destinati a ricevere un significativo impulso, con la riduzione dell’overhead e della latenza nella lettura dei dati tra iterazioni successive.

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I materiali che costituiscono la PCM mostrano due stati stabili: una fase amorfa (senza una struttura chiaramente definita) e una fase cristallina (dotata di struttura), rispettivamente a bassa e alta conduttività elettrica. Per memorizzare in una cella PCM uno “0” o un “1”, cioè un bit, viene applicata al materiale una corrente elettrica di alta o media intensità. Uno “0” può essere programmato per la scrittura nella fase amorfa, mentre un “1” nella fase cristallina, o viceversa. Viene quindi applicata una bassa tensione alla lettura del bit. E’ lo stesso meccanismo di funzionamento con cui i dischi Blue-Ray riscrivibili memorizzano i video.

In precedenza, gli scienziati di IBM e di altre organizzazioni avevano già dimostrato con successo la capacità di memorizzare 1 bit per cella nella PCM, ma nell’ambito dell’IEEE International Memory Workshop di Parigi, gli scienziati di IBM hanno presentato con successo, per la prima volta, la memorizzazione 3 bit per cella in una matrice di 64.000 celle a temperature elevate e dopo 1 milione di cicli di funzionamento.

Per ottenere lo storage multi-bit, gli scienziati di IBM hanno sviluppato due innovative tecnologie che lo permettono: una serie di indicatori privi di deriva sullo stato delle celle e schemi di codifica e rilevamento a deriva limitata. “La combinazione di questi progressi permette di affrontare le sfide fondamentali poste dalla PCM multi-bit, tra cui la deriva, la variabilità, la sensibilità alla temperatura e la durata” ha dichiarato il dott. Evangelos Eleftheriou, IBM Fellow.