Saat ini SSD sedang menjadi tren. Hard disk berbasis TEKNOLOGI Flash memory ini mudah ditemukan di berbagai perangkat keluaran baru, seperti iPad, smartphone, notebook, bahkan PC. Beberapa produsen
PC telah mengganti storage hard disk magnetik menjadi SSD untuk alasan kecepatan. Padahal, awalnya TEKNOLOGI Flash ini tidak dirancang untuk penyimpanan massal karena memoru semi konduktor ini terlalu lambat bekerja. RAM dan CPU PC bahkan dapat memproses data 20 kali lebih cepat dibandingkan proses baca dan tulis pada SSD berbasis Flash.
Kini, banyak perusahaan berkompetisi dalam mengembangkan TEKNOLOGI pengganti SSD. Milyaran dolar telah diinvestasikan oleh perusahaan-perusahaan besar seperti IBM, Toshiba, atau Fujitsu untuk mengembangkan TEKNOLOGI penyimpan data supercepat. Mereka telah memiliki sumber daya yang banyak untuk meneliti lusinan metoda baru yang lebih cepat, lebih tahan banting, dan lebih hemat listrik daripada SSD. Beberapa TEKNOLOGI baru kini telah muncul sebagai pengganti SSD. TEKNOLOGI seperti MRAM, FeRAM, PCM dan lainnya mulai disiapkan untuk dipasarkan paling tidak di awal tahun 2013.
Pengganti Flash memang sangat dibutuhkan karena pengembangan TEKNOLOGI Flash telah mencapai batas maksimal. Sel-selnya sulit diperkecil lagi untuk mencapai kapasitas simpan yang lebih besar. Selain itu, usia pakai dan konsumsi listrik juga sulit dioptimalkan lebih jauh lagi. Penyebabnya terletak pada cara kerja sel Flash (lihat kanan atas). Pada dasarnya, sel Flash merupakan sebuah transistor dengan tiga kontak di dalamnya, yaitu untuk sumber listrik, saluran kendali, dan output. Saluran kendali memungkinkan arus listrik mengalir atau tidak, sesuai dengan prinsip "1" (mengalir) atau "0" (tidak mengalir). Sebenarnya, CPU dan RAM juga terdiri atas transistor. Namun, begitu komputer dimatikan, data di dalamnya langsung hilang. Oleh karena itu, sel Flash memiliki sebuah elemen lainnya, Floating Gate, yang dapat menyimpan muatan listrik secara permanen dalam bentuk elektron.
Gate ini berisi muatan dengan tegangan antara 10-20 Volt. Sel-selnya dibaca dengan arus pengukur yang lemah. Apabila arus mengalir dari sumber ke output, gate dalam kondisi tidak bermuatan dan sel memiliki nilai "1". Namun, jika arus terputus, gate memiliki muatan dan nilainya "0".
Masalah utama storage berbasis Flash adalah untuk proses tulis dan hapus memerlukan arus listrik yang lebih kuat. Oleh karena itu, elemen Floating Gate (yang pada kenyataannya "memegang" elektron dengan buruk) membutuhkan tambahan isolasi tebal yang dapat dilalui elektron bertegangan tinggi. Namun, tegangan tinggi ini akan memperpanjang waktu akses karena setiap kali harus dibangun. Hal ini tentunya dapat memperpendek usia sel karena sebagian kecil dari lapisan isolator akan hilang setiap kali muatan diisi atau dikosongkan.
Sel-sel Flash dalam SSD biasa rata-rata hanya tahan 10.000 proses tulis dan setelah itu tidak dapat digunakan lagi. Kepekaan sel Flash ini menuntut controller yang rumit dan pintar untuk proses tulis yang canggih. Dengan terus berkembangnya TEKNOLOGI baru, kini lapisan isolasi bisa dibuat semakin tipis, tetapi dapat menambah usia pakai.
TEKNOLOGI yang dikembangkan oleh perusahaan seperti Philips dan Spansion ini mampu mengurangi tegangan yang dibutuhkan sebanyak 50% dibanding TEKNOLOGI Flash. Dengan begitu, kemampuan sel meningkat hingga 10.000 lebih banyak untuk proses tulis dibanding menggunakan TEKNOLOGI Flash. Sel SONOS dibangun serupa Flash, tetapi elemen Floating Gate-nya bukan dari silicium, tetapi dari silicium-nitrit yang struktur molekularnya lebih merata dan dapat memegang elektron dengan lebih stabil. Dengan demikian, isolasi bisa lebih tipis dan sederhana sehingga dapat diproduksi dengan lebih kompak dan sederhana daripada Flash.
Sel SONOS juga hanya membutuhkan tegangan 5-8 Volt untuk proses baca dan tulis sehingga mampu menyediakan data lebih cepat dibanding Flash. SONOS dibangun secara konvensional dan sudah jauh berkembang. Idenya sendiri berasal dari tahun 60-an dan chip pertama dibuat tahun 70-an. Militer dan penerbangan luar angkasa telah menggunakan sel SONOS dalam perangkat-perangkat yang tidak boleh peka terhadap pancaran radioaktif. Untuk pasar massal, sampai saat ini miniaturisasi dan produksi yang murah masih belum memadai. Namun, TEKNOLOGI ini sudah siap sedia jika Flash sudah tidak bisa berkembang lagi.
Sel Flash dapat mencapai 10.000 proses tulis. FeRAM drive didesain mampu bertahan hingga 10 miliar proses tulis. Angka ini sudah mendekati penggunaan "unlimited". Para peneliti dari Ramtron, Fujitsu, dan Texas Instruments sedang mengembangkan TEKNOLOGI ini. Berbeda dengan Flash dan SONOS, FeRAM (ferro-electrical RAM) mampu menyimpan informasi dengan cara menggeser atom, sebuah sistem yang teoritis dapat diulang hampir tanpa batas. Prototipe sel ini sudah ada sejak era 80-an. Saat ini, miniaturisasinya sudah mencapai ukuran produksi 130 nm, masih belum setara dengan sel Flash yang berukuran 20 nm. Namun, ukuran ini sudah memadai untuk produk-produk TI yang ada saat ini.
Pada FeRAM, arus melalui sebuah ferro-elektrikum. Dalam struktur material ini, arus tulis dapat menggeser atom-atom ke atas atau ke bawah. Hal ini mengubah kemampuan menghantarkan listrik material. Kelebihan FeRAM diantaranya adalah proses tulis hanya membutuhkan tegangan rendah. Dengan demikian, konsumsi listrik dapat berkurang hingga 50-25% dari semula. Kinerja tulis juga lebih baik dibanding Flash. Proses polarisasi pada FeRAM sangat cepat sehingga siklus tulis 150 nanodetik 1 Bit dapat ditulis sekitar 67 kali lebih cepat daripada Flash yang membutuhkan 10 milidetik.
Modul dengan FeRAM antara lain diproduksi Fujitsu dan Texas Instruments untuk micro-controller. Saat ini, biaya simpan per Bit masih sangat mahal sehingga teknik ini baru diaplikasikan pada elektronik perangkat kendali airbag atau dalam TEKNOLOGI kedokteran.
Seperti FeRAM, Magneto-resistive RAM (MRAM) juga dirancang untuk bertahan lama dan sangat cepat. Namun, keduanya berbeda dalam prinsip kerja FeRAM. MRAM menggunakan gagasan inti magnet dari tahun 50-an, tetapi mengonversinya ke dalam dunia IC yang sangat kecil. Info disimpan sebagai kutub magnetik yang tahan lama, tetapi mudah diubah-ubah tanpa batasan sekian siklus.
Prinsip kerjanya: Dua batang magnet diletakkan berdampingan (yang satu memiliki arah polarisasi tetap dan lainnya dapat diubah dengan arus kendali ke arah yang sama atau berlawanan). Apabila arahnya sama, hambatan berkurang bagi arus baca yang melalui kedua elemen. Jika arahnya berbeda, hambatan akan meningkat. MRAM memiliki kemampuan reaksi yang cepat (teoritis hingga 1 nanodetik). Dengan begitu, sel bisa ditulisi hingga 1.000 kali lebih cepat dibanding Flash. Sebuah image DVD 8 GB bisa disimpan dalam waktu 0,02 detik pada sebuah SSD berbasis MRAM, dibanding 21 detik pada Flash.
Namun, dalam prakteknya masih ditemukan sedikit masalah. Pada clockspeed di atas 400 MHz, magnet saling mempengaruhi. Sebuah proyek penelitian di Physikalish-Technische Bundesanstalt di Braunschweig telah berhasil menyingkirkan masalah ini dengan menggabungkan beberapa sel MRAM menjadi satu elemen. Dengan begitu, performa MRAM juga meningkat 5 kali lipat.
Seperti calon pengganti Flash lainnya, saat ini chip MRAM telah diproduksi, tetapi baru digunakan secara terbatas pada bidang-bidang khusus, seperti penerbangan luar angkasa. Namun, keseriusan perusahaan seperti IBM, Toshiba, dan NEC dalam mengembangkan TEKNOLOGI ini, memungkinkan MRAM untuk diproduksi secara massal di tahun-tahun mendatang.
Apabila Phase Change Memory selesai dikembangkan, TEKNOLOGI ini 100 kali lebih cepat dan jauh lebih efisien dibandingkan memori Flash dalam SSD aktual. Apabila kebanyakan sistem berbasis efek elektrik atau magnetik, PCM memanfaatkan perubahan fisik dari suatu material. Material jenis ini bisa berbentuk kristal pada hambatan listrik rendah atau bukan kristal pada hambatan lebih tinggi. Teknik ini telah digunakan pada media optik yang dapat ditulis ulang. Saat proses tulis, sebuah impuls listrik dapat menciptakan berbagai kondisi material. Impuls yang panjang dapat melelehkan material sepenuhnya sehingga ketika didinginkan memiliki kondisi molekul yang tidak beraturan. Impuls yang lebih singkat dapat memanaskan ke suhu yang lebih rendah daripada titik leleh sehingga terbentuk struktur kristal yang teratur.
Seperti pada MRAM, isi sel dibaca dengan mengukur hambatan listriknya. Pergantian fase bisa cepat dilakukan. Para peneliti di IBM mencapai proses tulis yang 100 kali lebih cepat daripada Flash. Setiap sel bisa langsung diubah dari satu fase ke lainnya. Samsung, Intel dan Hynix telah menyediakan elemen-elemen memori PCM dalam ukuran kecil hingga 64 MB untuk ponsel.
Apabila banyak TEKNOLOGI memori baru seperti Flash membentur batasnya pada miniaturisasi, Resistive-RAM (ReRAM) dan Conductive-Bridging RAM (CB-RAM) memungkinkan pembuatan struktur yang jauh lebih kecil (hingga ukuran beberapa ion). Cara kerja kedua teknik ini serupa, yaitu jembatan penghantar listrik (lihat kiri) dibangun melalui lapisan isolator dan kembali diputus. Bedanya hanya dalam material yang digunakan.
Sel CB-RAM dibangun serupa ReRAM, tetapi salah satu elektroda terbuat dari material yang aktif secara elektro-kimiawi seperti perak. Sementara elektroda lainnya terbuat dari material yang tidak aktif seperti wolfram. Kedua elektroda dipisahkan oleh lapisan isolator elektrolit.
Kelebihan utama ReRAM dan CB-RAM dibanding Flash adalah kecepatan, usia pakai lebih lama, dan potensi miniaturisasi hingga ke dimensi nano. Tahun ini, peneliti di Hewlett-Packard, Stan Williams, mengumumkan teknik ReRAM akan siap dipasarkan pada tahun 2013 dalam bentuk chip-chip Memristor.
Saat ini, banyak proyek yang lebih baru kembali menggunakan saklar mekanik daripada IC listrik. Misalnya saja pada Nano-RAM yang sejak beberapa tahun dipublikasi perusahaan Nantero di AS (selama ini hanya tersedia sebagai prototipe). Teknik ini memungkinkan kepadatan data yang tinggi, berdasarkan prinsip saluran nano yang dapat dilengkungkan ke salah satu dari dua posisi, dengan memberi tegangan dalam hambatan yang berbeda. Nano-RAM akan memungkinkan kepadatan data yang tinggi seperti DRAM. Namun, hingga kini produksi massal belum dapat dilakukan.
Dua teknik lainnya dapat men-transfer prinsip hard disk biasa ke dimensi nano. Teknik Racetrack Memory yang diteliti oleh IBM dan Universitas Hamburg, data dapat disimpan sebagai rangkaian polarisasi magnetik yang berbeda-beda pada sebuah kawat nano yang tidak bergerak. Prinsip yang hampir sama dengan hard disk magnetik. Untuk menulis dan membaca, sebuah arus listrik membawa medan magnet melalui head tulis atau baca. Sesuai namanya, informasi akan melaju melewati head tulis atau baca seperti kuda-kuda balap. Metoda ini memungkinkan kemampuan reaksi yang jauh lebih cepat dibanding solusi mekanik. Dengan banyak sel yang bekerja secara paralel, akan tercapai arus data yang tinggi.
Pada Millipede, teknik menjanjikan performa yang cukup tinggi. Setiap Bit data dapat disimpan pada sebuah keping yang dapat digeser (baik memiliki cekungan atau tidak). Di atasnya tergantung banyak sensor. Untuk membaca sebuah data, mesin-mesin kecil menggeser keping agar area tersebut berada di bawah sebuah sensor. Sensor ini akan menyentuh keping untuk memeriksa apakah ada cekungan atau tidak. Sebuah unit Millipede saat ini dapat mencapai kecepatan data hingga 50-150 MB per detik.
Dengan banyaknya unit yang bekerja paralel, teknik ini hampir mencapai performa memori elektronik. Pada kepadatan data yang sangat tinggi, cekungan nano dapat menyita tempat jauh lebih sedikit dibanding sebuah IC. Semua teknik yang diperkenalkan ini memungkinkan pembuatan memori yang jauh lebih cepat daripada yang sudah ada. Tinggal menunggu waktu saja, teknik mana yang akan berhasil lebih dahulu mencapai produksi massal. Sementara ini, pernyataan paling konkret datang dari Hewlett-Packard. Perusahaan ini berencana menjual sebuah produknya dengan teknik ReRAM-Memristor mulai tahun 2013. Jika hal tersebut terjadi, berarti nantinya komputer dapat segera siap bekerja setelah dihidupkan. Begitu juga dengan smartphone dan perangkat pintar lainnya. Selain itu, dengan teknik baru, durasi baterai juga bisa lebih panjang daripada sekarang. Semoga hal ini bisa cepat terjadi.
Sumber: Majalah CHIP 02/2012
Sel SONOS juga hanya membutuhkan tegangan 5-8 Volt untuk proses baca dan tulis sehingga mampu menyediakan data lebih cepat dibanding Flash. SONOS dibangun secara konvensional dan sudah jauh berkembang. Idenya sendiri berasal dari tahun 60-an dan chip pertama dibuat tahun 70-an. Militer dan penerbangan luar angkasa telah menggunakan sel SONOS dalam perangkat-perangkat yang tidak boleh peka terhadap pancaran radioaktif. Untuk pasar massal, sampai saat ini miniaturisasi dan produksi yang murah masih belum memadai. Namun, TEKNOLOGI ini sudah siap sedia jika Flash sudah tidak bisa berkembang lagi.
Sel Flash dapat mencapai 10.000 proses tulis. FeRAM drive didesain mampu bertahan hingga 10 miliar proses tulis. Angka ini sudah mendekati penggunaan "unlimited". Para peneliti dari Ramtron, Fujitsu, dan Texas Instruments sedang mengembangkan TEKNOLOGI ini. Berbeda dengan Flash dan SONOS, FeRAM (ferro-electrical RAM) mampu menyimpan informasi dengan cara menggeser atom, sebuah sistem yang teoritis dapat diulang hampir tanpa batas. Prototipe sel ini sudah ada sejak era 80-an. Saat ini, miniaturisasinya sudah mencapai ukuran produksi 130 nm, masih belum setara dengan sel Flash yang berukuran 20 nm. Namun, ukuran ini sudah memadai untuk produk-produk TI yang ada saat ini.
Pada FeRAM, arus melalui sebuah ferro-elektrikum. Dalam struktur material ini, arus tulis dapat menggeser atom-atom ke atas atau ke bawah. Hal ini mengubah kemampuan menghantarkan listrik material. Kelebihan FeRAM diantaranya adalah proses tulis hanya membutuhkan tegangan rendah. Dengan demikian, konsumsi listrik dapat berkurang hingga 50-25% dari semula. Kinerja tulis juga lebih baik dibanding Flash. Proses polarisasi pada FeRAM sangat cepat sehingga siklus tulis 150 nanodetik 1 Bit dapat ditulis sekitar 67 kali lebih cepat daripada Flash yang membutuhkan 10 milidetik.
Modul dengan FeRAM antara lain diproduksi Fujitsu dan Texas Instruments untuk micro-controller. Saat ini, biaya simpan per Bit masih sangat mahal sehingga teknik ini baru diaplikasikan pada elektronik perangkat kendali airbag atau dalam TEKNOLOGI kedokteran.
Seperti FeRAM, Magneto-resistive RAM (MRAM) juga dirancang untuk bertahan lama dan sangat cepat. Namun, keduanya berbeda dalam prinsip kerja FeRAM. MRAM menggunakan gagasan inti magnet dari tahun 50-an, tetapi mengonversinya ke dalam dunia IC yang sangat kecil. Info disimpan sebagai kutub magnetik yang tahan lama, tetapi mudah diubah-ubah tanpa batasan sekian siklus.
Prinsip kerjanya: Dua batang magnet diletakkan berdampingan (yang satu memiliki arah polarisasi tetap dan lainnya dapat diubah dengan arus kendali ke arah yang sama atau berlawanan). Apabila arahnya sama, hambatan berkurang bagi arus baca yang melalui kedua elemen. Jika arahnya berbeda, hambatan akan meningkat. MRAM memiliki kemampuan reaksi yang cepat (teoritis hingga 1 nanodetik). Dengan begitu, sel bisa ditulisi hingga 1.000 kali lebih cepat dibanding Flash. Sebuah image DVD 8 GB bisa disimpan dalam waktu 0,02 detik pada sebuah SSD berbasis MRAM, dibanding 21 detik pada Flash.
Namun, dalam prakteknya masih ditemukan sedikit masalah. Pada clockspeed di atas 400 MHz, magnet saling mempengaruhi. Sebuah proyek penelitian di Physikalish-Technische Bundesanstalt di Braunschweig telah berhasil menyingkirkan masalah ini dengan menggabungkan beberapa sel MRAM menjadi satu elemen. Dengan begitu, performa MRAM juga meningkat 5 kali lipat.
Seperti calon pengganti Flash lainnya, saat ini chip MRAM telah diproduksi, tetapi baru digunakan secara terbatas pada bidang-bidang khusus, seperti penerbangan luar angkasa. Namun, keseriusan perusahaan seperti IBM, Toshiba, dan NEC dalam mengembangkan TEKNOLOGI ini, memungkinkan MRAM untuk diproduksi secara massal di tahun-tahun mendatang.
Apabila Phase Change Memory selesai dikembangkan, TEKNOLOGI ini 100 kali lebih cepat dan jauh lebih efisien dibandingkan memori Flash dalam SSD aktual. Apabila kebanyakan sistem berbasis efek elektrik atau magnetik, PCM memanfaatkan perubahan fisik dari suatu material. Material jenis ini bisa berbentuk kristal pada hambatan listrik rendah atau bukan kristal pada hambatan lebih tinggi. Teknik ini telah digunakan pada media optik yang dapat ditulis ulang. Saat proses tulis, sebuah impuls listrik dapat menciptakan berbagai kondisi material. Impuls yang panjang dapat melelehkan material sepenuhnya sehingga ketika didinginkan memiliki kondisi molekul yang tidak beraturan. Impuls yang lebih singkat dapat memanaskan ke suhu yang lebih rendah daripada titik leleh sehingga terbentuk struktur kristal yang teratur.
Seperti pada MRAM, isi sel dibaca dengan mengukur hambatan listriknya. Pergantian fase bisa cepat dilakukan. Para peneliti di IBM mencapai proses tulis yang 100 kali lebih cepat daripada Flash. Setiap sel bisa langsung diubah dari satu fase ke lainnya. Samsung, Intel dan Hynix telah menyediakan elemen-elemen memori PCM dalam ukuran kecil hingga 64 MB untuk ponsel.
Apabila banyak TEKNOLOGI memori baru seperti Flash membentur batasnya pada miniaturisasi, Resistive-RAM (ReRAM) dan Conductive-Bridging RAM (CB-RAM) memungkinkan pembuatan struktur yang jauh lebih kecil (hingga ukuran beberapa ion). Cara kerja kedua teknik ini serupa, yaitu jembatan penghantar listrik (lihat kiri) dibangun melalui lapisan isolator dan kembali diputus. Bedanya hanya dalam material yang digunakan.
Sel CB-RAM dibangun serupa ReRAM, tetapi salah satu elektroda terbuat dari material yang aktif secara elektro-kimiawi seperti perak. Sementara elektroda lainnya terbuat dari material yang tidak aktif seperti wolfram. Kedua elektroda dipisahkan oleh lapisan isolator elektrolit.
Kelebihan utama ReRAM dan CB-RAM dibanding Flash adalah kecepatan, usia pakai lebih lama, dan potensi miniaturisasi hingga ke dimensi nano. Tahun ini, peneliti di Hewlett-Packard, Stan Williams, mengumumkan teknik ReRAM akan siap dipasarkan pada tahun 2013 dalam bentuk chip-chip Memristor.
Saat ini, banyak proyek yang lebih baru kembali menggunakan saklar mekanik daripada IC listrik. Misalnya saja pada Nano-RAM yang sejak beberapa tahun dipublikasi perusahaan Nantero di AS (selama ini hanya tersedia sebagai prototipe). Teknik ini memungkinkan kepadatan data yang tinggi, berdasarkan prinsip saluran nano yang dapat dilengkungkan ke salah satu dari dua posisi, dengan memberi tegangan dalam hambatan yang berbeda. Nano-RAM akan memungkinkan kepadatan data yang tinggi seperti DRAM. Namun, hingga kini produksi massal belum dapat dilakukan.
Dua teknik lainnya dapat men-transfer prinsip hard disk biasa ke dimensi nano. Teknik Racetrack Memory yang diteliti oleh IBM dan Universitas Hamburg, data dapat disimpan sebagai rangkaian polarisasi magnetik yang berbeda-beda pada sebuah kawat nano yang tidak bergerak. Prinsip yang hampir sama dengan hard disk magnetik. Untuk menulis dan membaca, sebuah arus listrik membawa medan magnet melalui head tulis atau baca. Sesuai namanya, informasi akan melaju melewati head tulis atau baca seperti kuda-kuda balap. Metoda ini memungkinkan kemampuan reaksi yang jauh lebih cepat dibanding solusi mekanik. Dengan banyak sel yang bekerja secara paralel, akan tercapai arus data yang tinggi.
Pada Millipede, teknik menjanjikan performa yang cukup tinggi. Setiap Bit data dapat disimpan pada sebuah keping yang dapat digeser (baik memiliki cekungan atau tidak). Di atasnya tergantung banyak sensor. Untuk membaca sebuah data, mesin-mesin kecil menggeser keping agar area tersebut berada di bawah sebuah sensor. Sensor ini akan menyentuh keping untuk memeriksa apakah ada cekungan atau tidak. Sebuah unit Millipede saat ini dapat mencapai kecepatan data hingga 50-150 MB per detik.
Dengan banyaknya unit yang bekerja paralel, teknik ini hampir mencapai performa memori elektronik. Pada kepadatan data yang sangat tinggi, cekungan nano dapat menyita tempat jauh lebih sedikit dibanding sebuah IC. Semua teknik yang diperkenalkan ini memungkinkan pembuatan memori yang jauh lebih cepat daripada yang sudah ada. Tinggal menunggu waktu saja, teknik mana yang akan berhasil lebih dahulu mencapai produksi massal. Sementara ini, pernyataan paling konkret datang dari Hewlett-Packard. Perusahaan ini berencana menjual sebuah produknya dengan teknik ReRAM-Memristor mulai tahun 2013. Jika hal tersebut terjadi, berarti nantinya komputer dapat segera siap bekerja setelah dihidupkan. Begitu juga dengan smartphone dan perangkat pintar lainnya. Selain itu, dengan teknik baru, durasi baterai juga bisa lebih panjang daripada sekarang. Semoga hal ini bisa cepat terjadi.
Sumber: Majalah CHIP 02/2012
0 komentar:
Posting Komentar