Speicher der Zukunft: Neue ReRAM-Prototypen von Crossbar und Micron

ReRAM (Resistive Random-Access Memory) gilt neben STT-MRAM und Phase Change Memory als der Kandidat für den Speicher der Zukunft. Das bisher fortschrittlichste Design konnte nun Crossbar, ein US-Amerikanisches Start-up präsentieren – die bereits funktionierenden Entwürfe sollen sich in großen Fabriken produzieren lassen.

Crossbar wurde 2010 in Santa Clara gegründet und konnte sich eine Finanzierung von 50 Millionen Dollar sichern. Die Firma besteht aus 40-50 Mitarbeitern und hat sich der Entwicklung und Umsetzung neuer Speichertechniken, allen voran ReRAM, verschrieben.

ReRAM besteht aus einer aktiven Lage eines Metalloxid, mittels elektrischer Spannung kann dessen Widerstand stark verändert werden. Dieser „Durchgang“ kann ausgelesen werden, dies repräsentiert die Zustände „An“ und „Aus“. Die Veränderung im Material bleibt auch ohne Spannung erhalten.

Gegenüber konventionellen NAND-Speicherzellen bietet ReRAM sowohl eine gesteigerte Haltbarkeit als auch Geschwindigkeit. Während die Zugriffszeiten bei NAND-Zellen meist bei hunderte Millisekunden liegen, so liegen diese bei ReRAM-Speicher nach Angaben des Herstellers Crossbar bei weniger als 50 Nanosekunden. Bei der Lebensdauer, bei aktuellen SSDs ein durchaus heiß diskutiertes Thema, rechnet Crossbar vorsichtig mit rund 100.000 Zyklen.

Großer Vorteil der ReRAM-Technologie: Im Gegensatz zu NAND-Zellen, welche insbesondere als 3D-NAND spezielle und teure Werkzeuge zur Produktion benötigen, lässt sich ReRAM mit nur wenigen Anpassung in einem herkömmlichen CMOS-Prozess herstellen. Bestehende Fabriken lassen sich somit mit einem moderaten Finanzaufwand auf die Fertigung von ReRAM umstellen. 3D-NAND wird aufgrund der sehr komplizierten Fertigung hingegen nur von wenigen Firmen hergestellt. ReRAM würde dagegen durch geringere Investitions- und Fertigungskosten einen konkurrenzfähigen Preis ermöglichen.

Erste kommerzielle Chips sollen mit bis zu 16 Lagen eine Kapazität von bis zu einem Terabyte bieten. Der Prototyp mit bisher lediglich drei Lagen in 110-nm-Fertigung offenbart, dass es bis dahin noch ein weiter Weg ist, der durch neue Probleme weiter erschwert werden kann. Mit ersten fertigen Produkten wird nicht vor dem Jahr 2017 gerechnet.

Crossbar ist zudem nur einer von vielen Entwicklern des ReRAM, die ersten Ausführungen der Technologie datieren auf das Jahr 2007 zurück. Micron präsentierte beispielsweise auf der gleichen Veranstaltung einen in 27 Nanometern gefertigten 16 Gbit ReRAM-Speicherchip (Docx). Die theoretisch mögliche Bandbreite des Chips liegt bei 200 MB/s beziehungsweise 1.000 MB/s für Schreib- und Leseoperationen, Testchips erreichten bereits 180 beziehungsweise 900 MB/s.