PCM: 50 Mal schneller als Flash und endlich auch billiger als DRAM

Infografik: Entwicklung von Arbeitsspeicher und Prozessor
Die Forscher bei IBM konnten einen weiteren Durchbruch in ihrer Arbeit an Phasenwechselspeichern (Phase-Change-Memory, PCM) vermelden. Durch eine deutliche Steigerung der Speicherdichte werden die Chips wesentlich billiger und kommen langsam aber sicher in einen Bereich, in dem es realistisch wird, dass sie Flash- und Arbeits-Speicher in einem Rechner durch eine einzelne Technologie ersetzen.

Die grundlegende Funktionsweise von PCM kennt man im Grunde von optischen Medien. Durch extrem kurze Wärmeimpulse wird der Zustand einer Speicherzelle verändert und so eine Information repräsentiert. Die neue Speichertechnik ist dabei aber wesentlich schneller und kann sich fast schon mit der Geschwindigkeit von DRAM messen lassen. Es handelt sich also um einen sehr schnellen und nichtflüchtigen Speicher.

Schon länger träumen Hardware-Ingenieure davon, die Technologie einsetzen zu können. Denn durch eine Zusammenführung von Fest- und Arbeitsspeicher würde man nicht nur Kosten sparen. Der leichte Geschwindigkeitsnachteil gegenüber DRAM würde locker dadurch wettgemacht, dass die Daten nicht mehr zur Verarbeitung in den RAM gelesen und danach zurückgeschrieben werden müssen. Operationen können statt dessen direkt auf dem einheitlichen Speicher ausgeführt werden, was insbesondere beim Umgang mit großen Datenbanken einen enormen Vorteil hätte. PCM würde aber auch in anderen Anwendungen viel bringen - ein Smartphone, so schätzt man, wäre beispielsweise binnen Sekunden komplett gebootet.

3 Bit pro Zelle

Technische Fortschritte wurden über die Jahre immer wieder vermeldet. Es blieb aber das Problem, dass die Speichertechnik sogar noch viel teurer war als Arbeitsspeicher - vom vergleichsweise günstigen Flash ganz zu schweigen. Hier haben die IBM-Forscher nun aber durch den Einsatz einer neuen Architektur einen Durchbruch erzielt. Es gelang ihnen, in einer Speicherzelle nicht nur ein, sondern gleich drei Bits zu speichern und diese auch sicher wieder abrufbar zu machen. Dadurch sinken die Produktionskosten bei von Chips gleicher Kapazität deutlich unter den Preis von Arbeitsspeicher.

Sie sind zwar noch immer teurer als Flash, was durch die Einsparung im Zuge der Zusammenlegung beider Speichertechnologien weitgehend zu kompensieren wäre. Der von IBM gebaute PCM-Speicher ist dabei mehr als 50 Mal schneller als die Flash-Technologie. Noch nicht abgeschlossen ist die Entwicklung der Prozesstechniken, mit denen auch eine Massenproduktion im kommerziellen Maßstab möglich ist. Angesichts dessen, dass die Arbeit daran infolge des IBM-Durchbruchs wesentlich sinnvoller geworden ist, dürfte es hier aber in näherer Zukunft ebenfalls Fortschritte zu vermelden geben.