[ 컴퓨터구조 ]5.7 차세대 비휘발성 기억장치

차세대 비휘발성 기억장치

▣ PRAM, FRAM, MRAM

▪ 비휘발성(nonvolatile)
▪ 플래시 메모리에 비하여 액세스 속도가 1000배 가량 높음
▪ DRAM보다 느리지만, 집적도는 비슷하며, 전력 소모가 더 낮음 

 

PRAM

▣ PRAM(Phase-change RAM)

▪ 상태(phase)가 변하는 특수 물질을 이용하여 제조한 RAM

▪ 물질: 게르마늄 안티몬 텔룰라이드(GST)

▪ 인가되는 전압의 높이에 따라 내부 구조가 변하여 저항이 낮은 고체 상태 혹 은 저항이 높은 액체 상태가 됨

➢고체 상태: 결정 상태(polycrystalline phase) 

➢액체 상태: 비정질 상태(amorphous phase)

▪ 기억 셀(memory cell): 두 개의 전극 사이에 특수 물질(GST)을 삽입

▣ PRAM 메모리 셀의 내부 구조

 

▣ 데이터 저장

▪ 두 전극들 사이에 짧은 시간 동안 상대적으로 높은 전압 인가 GST➔낮은 저항의 결정 상태 : ‘1’을 저장

▪ 두 전극들 사이에 긴 시간 동안 상대적으로 낮은 전압 인가 GST➔높은 저항의 비정질 상태 : ‘0’을 저장

 

▣ 데이터 읽기

▪ 상태 변화를 야기하지 않을 정도의 낮은 전압 인가
▪ 저항의 차이에 따른, 두 전극 간에 흐르는 전류 양의 차이에 따라 데이터 값을 구분

➢저항이 낮으면 전류 양이 많아짐 : ‘1’ 

➢저항이 높으면 전류 양이 적어짐 : ‘0’

 

▣ PRAM의 장점

▪ 낮은 전압 범위에서 모든 전기적 동작이 수행된다 

▪ 회로가 간단하다
▪ 전력 소모가 적다

❖ 차세대 기억장치들 중에서 가장 빠르게 기술이 발전되고 있으며, 시 장성도 높이 평가 받고 있음

 

FRAM (Ferroelectric RAM)

▣ 강유전체의 특성을 이용하는 반도체 기억장치

▪ 강유전체: 전기를 인가하지 않은 자연 상태에서도 전기적 극성을 띠 고 있는 물질

▪ 플럼범 지르코늄 티타늄 산화물(PZT)을 이용하여 제조
▪ 양(+) 전극 및 음(-) 전극에 전기를 인가하면 전극의 위치가 바뀌며,전기 공급이 중단되어도 그대로 유지

 

▣ 데이터 저장

▪전기를 인가하지 않음➔원래의 전극 유지 : ‘0’ 저장 

▪전기 인가➔전극 위치 변경 : ‘1’ 저장

▣ 데이터 읽기

▪ 기억 셀에 전기장(electric field)을 인가
▪ 감지되는 전하(electric charge)의 양에 따라 ‘0’과 ‘1’을 구분

▣ FRAM 메모리 셀

MRAM (Magnetic RAM)

▣ 자기장(magnetic field)을 이용하여 정보를 저장하는 반도체 기억장치

▪ 강자성체에 가해지는 자기장의 방향으로 자화되며, ▪ 자기장이 제거되어도 자성이 그대로 유지

▣ 기본 구조

• 상부와 하부에 설치되는 두 개의 강자성체들 사이에 절연체를 삽입
• 하부 강자성체: 고정층, 자화 방향이 고정되어 있음
• 절연체: 터널링 자기저항 현상이 일어나도록 얇게 제조
• 상부 강자성체: 기록층, 전류 인가 방향에 따라 자화되는 방향이 결정 됨

▣ 데이터 저장

▪그림 (a)와 같은 방향으로 전류 인가➔상부 및 하부 강자성체의 자 화 방향 일치 : ‘0’ 저장

▪그림 (b)와 같은 방향으로 전류 인가➔상부 및 하부 강자성체의 자 화 방향이 반대 : ‘1’ 저장

 

 

▣ 데이터 읽기

▪두 강자성체들 간에 전류 인가

▪강자성체들 간의 자화 방향이 동일➔절연층 저항이 적어져 터널링 전류(tunneling current)가 흐르므로, 상하부 층 간의 전위차가 낮아짐 : ‘0’으로 인식

▪강자성체들 간의 자화 방향이 반대➔절연층 저항이 높아져 터널링 전류가 흐르지 않으므로, 상하부 층 간의 전위차가 높아짐 : ‘1’로 인식