Zwei Technologien gelten derzeit als besonders geeignet, die Nachfolge von Flash-RAM anzutreten: Magnetische Speicherzellen, die anstelle der elektrischen Ladung von Elektronen deren magnetische Eigenschaften nutzen, und so genannte Phasenwechselspeicher. Letzte machen sich den Umstand zunutze, dass die elektrische Leitfähigkeit eines kleinen Volumens eines speziellen Materials stark davon abhängt, ob die paar zehntausend dazu gehörenden Atome wie in einem Kristall streng in Reih und Glied geordnet oder mehr oder minder willkürlich verteilt sind wie in einem Glas. Die streng geordnete Materie leitet besser. Matthias Wuttig, als Professor am 1. Physikalischen Institut der Rheinisch Westfälischen Technischen Hochschule Aachen mit der Physik neuer Materialien befasst, bemüht zur Erklärung einen preußischen Staatforst, ...
" ... wo die Bäume in Reih und Glied stehen, da können Sie wunderbar und schnell sich hindurch bewegen. Wenn Sie einen wild gewachsenen Wald haben, einen Naturwald haben, dann ist der entsprechende Pfad durch einen solchen Wald sehr viel mühseliger als im entsprechenden preußischen Staatsforst."
Zwischen dem kristallinen und dem ungeordneten Zustand des Atomkollektivs einer Phasenwechselspeicherzelle wird durch kleine Stromstöße verschiedener Länge hin und her geschaltet. Die erwarteten Spezifikationen eines damit realisierten Speichers klingen viel versprechend:
"Was sind die kleinsten Zellgrößen? Da kann man mutig, optimistisch abschätzen, das sollte liegen bei etwa zehn Nanometer. Das heißt, um einen Faktor zwei kleiner als die kleinsten Zellgrößen, die man für den Flash-Speicher erwartet."
Eine Speicherzelle hätte dann die Fläche von 100 Nanometern. Nimmt man noch den gleichen Flächenbedarf für die Verdrahtung, kommt man rein rechnerisch auf 60 Gigabyte pro Quadratzentimeter Speicher. Das liegt in der gleichen Größenordnung, die etwa Hitachi für Festplatten angestrebt – nur hätte der Phasenwechselspeicher keine bewegten Teile und wäre mutmaßlich weit billiger herzustellen – irgendwann.
"Das Zweite ist die Geschwindigkeit des entsprechenden Prozesses. Man liegt etwa bei einer Mikrosekunde für den Flash-Speicher, hier glaubt man um den Faktor zehn bis 100 schneller zu werden. Das heißt, der Schritt hin zu etwa zehn bis 100 Nanosekunden. Das würde wesentlich höhere Datentransferraten erlauben. Der nächste Punkt, der sehr wichtig ist, ist die Frage der Wiederbeschreibbarkeit. Wie häufig kann ich Schreiben, Lesen, Löschen. Das weiß man noch nicht ganz genau für Labormuster, aber für einzelne Zellen hat man schon mehr als zehn hoch zehn Mal geschaltet."
Das sind zehn Milliarden Schaltvorgänge – mehr als genug für die meisten Consumer-Anwendungen.
"Die vierte wichtige Größe ist der Leistungsverbrauch für den einzelnen Schaltprozess. Das ist eine der im Augenblick spannendsten Fragen, hier Materialien und Zellgeometrien zu entwickeln, die mit sehr kleinem Leistungsverbrauch das Schalten ermöglichen."
Phasenwechselspeicher wären natürlich nicht-flüchtig:
"Die würden genau so aussehen wie jetzt ein USB-Stick, den Sie einfach über eine entsprechende Schnittstelle an den Rechner anschließen können, die können Sie genauso einbauen in eine Digitalkamera oder ein entsprechendes Handy, ein Mobile Phone, das wäre vollkommen kompatibel mit den jetzigen Flashspeichern."
Die Industrie sehe das Phasenwechsel-Konzept optimistisch, sagt Matthias Wuttig, zumal sich Phasenwechselspeicher schon bewährt haben: in wiederbeschreibbaren CDs und Minidiscs. Nur werden da optische, nicht elektrische Effekte genutzt. Derzeit ist offen, ob die elektrische Phasenwechsel- oder die magnetische Spin-Technologie die Nachfolge der Flashspeicher antritt.
" ... wo die Bäume in Reih und Glied stehen, da können Sie wunderbar und schnell sich hindurch bewegen. Wenn Sie einen wild gewachsenen Wald haben, einen Naturwald haben, dann ist der entsprechende Pfad durch einen solchen Wald sehr viel mühseliger als im entsprechenden preußischen Staatsforst."
Zwischen dem kristallinen und dem ungeordneten Zustand des Atomkollektivs einer Phasenwechselspeicherzelle wird durch kleine Stromstöße verschiedener Länge hin und her geschaltet. Die erwarteten Spezifikationen eines damit realisierten Speichers klingen viel versprechend:
"Was sind die kleinsten Zellgrößen? Da kann man mutig, optimistisch abschätzen, das sollte liegen bei etwa zehn Nanometer. Das heißt, um einen Faktor zwei kleiner als die kleinsten Zellgrößen, die man für den Flash-Speicher erwartet."
Eine Speicherzelle hätte dann die Fläche von 100 Nanometern. Nimmt man noch den gleichen Flächenbedarf für die Verdrahtung, kommt man rein rechnerisch auf 60 Gigabyte pro Quadratzentimeter Speicher. Das liegt in der gleichen Größenordnung, die etwa Hitachi für Festplatten angestrebt – nur hätte der Phasenwechselspeicher keine bewegten Teile und wäre mutmaßlich weit billiger herzustellen – irgendwann.
"Das Zweite ist die Geschwindigkeit des entsprechenden Prozesses. Man liegt etwa bei einer Mikrosekunde für den Flash-Speicher, hier glaubt man um den Faktor zehn bis 100 schneller zu werden. Das heißt, der Schritt hin zu etwa zehn bis 100 Nanosekunden. Das würde wesentlich höhere Datentransferraten erlauben. Der nächste Punkt, der sehr wichtig ist, ist die Frage der Wiederbeschreibbarkeit. Wie häufig kann ich Schreiben, Lesen, Löschen. Das weiß man noch nicht ganz genau für Labormuster, aber für einzelne Zellen hat man schon mehr als zehn hoch zehn Mal geschaltet."
Das sind zehn Milliarden Schaltvorgänge – mehr als genug für die meisten Consumer-Anwendungen.
"Die vierte wichtige Größe ist der Leistungsverbrauch für den einzelnen Schaltprozess. Das ist eine der im Augenblick spannendsten Fragen, hier Materialien und Zellgeometrien zu entwickeln, die mit sehr kleinem Leistungsverbrauch das Schalten ermöglichen."
Phasenwechselspeicher wären natürlich nicht-flüchtig:
"Die würden genau so aussehen wie jetzt ein USB-Stick, den Sie einfach über eine entsprechende Schnittstelle an den Rechner anschließen können, die können Sie genauso einbauen in eine Digitalkamera oder ein entsprechendes Handy, ein Mobile Phone, das wäre vollkommen kompatibel mit den jetzigen Flashspeichern."
Die Industrie sehe das Phasenwechsel-Konzept optimistisch, sagt Matthias Wuttig, zumal sich Phasenwechselspeicher schon bewährt haben: in wiederbeschreibbaren CDs und Minidiscs. Nur werden da optische, nicht elektrische Effekte genutzt. Derzeit ist offen, ob die elektrische Phasenwechsel- oder die magnetische Spin-Technologie die Nachfolge der Flashspeicher antritt.