Meer data op de vierkante nanometer
De traditionele geheugenchips zullen zich trouwens niet zomaar van de markt laten werken, dat kost nog minstens tien jaar, zo becijferen de analisten. Onderzoeksbureau Nanomarkets uit de VS schat dat in 2011 zo’n 40 procent van alle bestedingen aan opslag terecht komt in het nanosegment. De ‘gewone’ opslag blijft dus een anderhalf maal zo grote bron van inkomsten voor de aanbieders. De sterke groei van het nanosegment is vooral te danken aan de komst van systemen die ‘always on’ zijn. Met andere woorden computers, PDA’s en mobiele telefoons die doorlopend een verbinding met de buitenwereld hebben en daar zo mogelijk zelfstandig gegevens uit vergaren. De binnengehaalde informatie moet worden opgeslagen in een geheugen met meer capaciteit dan nu gebruikelijk is, om een overflow te voorkomen. Veel bits in een kleine ruimte voldoen aan die eis. Magnetoresistive Ram (MRam) en Ferroelectric Ram (FRam) zijn beide niet-vluchtig en maken gebruik van magnetische effecten. FRam wordt onder andere gemaakt bij de firma Ramtron in de VS. De geheugens zijn gemaakt van kristalmateriaal met in elke roostercel een atoom dat onder invloed van een magneetveld kan bewegen. Met dat mechanisme kunnen bits worden opgeslagen. Ramtron meldt inmiddels toe te zijn aan een volgende generatie FRams die wordt gemaakt met een spoorbreedte van 0,35 micron. De eerste generatie had een spoorbreedte van 0,5 micron. De Magnoresistive Ram (MRam) is een techniek die al zo’n 20 jaar oud is. De basis werd gelegd door een aantal wetenschappers bij Honeywell. Een MRam-chip wordt gemaakt met behulp van een dunne-filmprocédé en de onderzoekers hebben, zo lijkt het, nog een lange weg te gaan. De geheugenchips moeten met een forse stroom worden geactiveerd, wat ze minder geschikt maakt voor gebruik in een draagbaar systeem. Bovendien hebben ze veel last van externe magnetische velden. Naarmate de geheugencellen kleiner worden gemaakt, spelen temperatuurverschillen een rol die niet meer te verwaarlozen is. Ook de markt voor harde schijven zal harde klappen krijgen door de opkomst van nieuwe typen geheugens. "Het gaat vrijwel ongemerkt, maar toch zijn er al een boel producenten van harddisks verdwenen. In 1990 waren er nog 63 producenten op dit vlak actief, dit jaar zijn het er nog maar welgeteld zeven!", zegt storage-deskundige Fred Moore van adviesbureau Horison. De overgebleven zeven makers van harde schijven doen hun uiterste best om de capaciteit van hun spullen te verhogen. "Ze zijn allemaal bezig met onderzoek naar ‘perpendicular recording’, waarbij de bits niet meer liggend op de schijf worden gezet, maar staand. Dat scheelt een hoop ruimte en het stelt ze in staat om de datadichtheid op de schijf nog verder te vergroten", zegt Moore. Een groot voordeel van nanostorage ten opzichte van harde schijven is het geringe formaat van de geheugens. Anders gezegd: de afstand tussen een schakeling en het bijbehorende geheugen kan aanmerkelijk worden verkleind. Dat heeft weer positieve gevolgen voor de afmetingen van vooral draagbare apparatuur. De overstap naar nieuwe technologie hoeft niet te betekenen dat we afscheid nemen van opslagsystemen met bewegende delen. Ze worden hooguit een stuk kleiner, zoals bij een speciale categorie geheugens die de naam Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) draagt. Zeg maar machines met onderdelen die slechts een paar nanometer groot zijn. Die onderdeeltjes worden gemaakt met een etsproces, net zoals dat bij gewone chips het geval is. De kleine machines kunnen allerlei factoren meten, zoals druk, sterkte van velden of temperaturen. Begin dit jaar kwam het Japanse NTT op de markt met een holografisch geheugen, een plaatje kunststof waarin gegevens in de vorm van een hologram worden opgeslagen. Het geheugen heeft de naam Info-mica gekregen en het eerste prototype heeft een capaciteit van 1 gigabyte. Voorlopig zal Info-mica alleen als Rom-module op de markt worden gebracht, omdat het nog erg moeilijk is om snel gegevens op het medium weg te schrijven. Over twee jaar hoopt NTT het schrijfproces dermate te hebben versneld dat ook een Ram-uitvoering op de markt kan komen. Een redelijk buitenissige geheugentechniek gaat schuil achter de naam Ovonic Unified Memory (OUM), een methode waarbij bits worden opgeslagen door de atomaire opbouw van een dragermateriaal te veranderen. Dat dragermateriaal bestaat uit exotische stoffen, zoals germaniumtelluride (GeTe) en antimoontelluride (SbTe). Een mengsel van deze twee materialen kan lokaal worden omgezet van amorf naar kristallijn en vice versa. Dat creëert de mogelijkheid om bits op te slaan. Pionierwerk op dit gebied is verricht door ST Microelectronics en ook Intel heeft een onderzoeksproject voor ovonics opgezet. De voorgaande technieken zijn al in productie of zullen dat stadium op korte termijn bereiken. Daarnaast wordt in laboratoria hard gewerkt aan manieren om nog meer bits per oppervlakte-eenheid samen te persen. Zo heeft de National Science Foundation (NSF) in de VS een chip ontwikkeld die volgepakt zit met zogeheten nanodots, kleine cirkels van nikkel met een diameter van 7 nanometer. Hiermee zou een geheugen gebouwd kunnen worden met een dichtheid van 12 biljoen bits per vierkante inch. Dat wil zeggen dat een chip ter grootte van een muntje van 10 eurocent bijna 6 terabits kan herbergen. Het productieproces wordt door de onderzoekers revolutionair genoemd, want voorheen was het slechts mogelijk om rondjes nikkel van 70 nanometer doorsnede te maken. De tienvoudige verkleining is mogelijk geworden door met een gepulseerde laser putjes in een drager te branden. Via een chemisch proces worden de kuiltjes gevuld met nikkel. "Het is eigenlijk iets waar de mens niet meer naar om hoeft te kijken. Zijn de kuiltjes eenmaal gemaakt, dan groeien de nikkelpropjes vanzelf", zegt Jagdish Narayan, leider van het project en in het dagelijks leven professor aan de universiteit van North Carolina.