Pourquoi la RAM doit-elle être volatile?

Si la mémoire vive de l'ordinateur devait être non volatile, à l'instar des autres mémoires de stockage persistantes, le temps de démarrage n'existerait pas. Alors pourquoi n’est-il pas possible d’avoir un module RAM non volatile? Je vous remercie.

Lorsque la plupart des gens lisent ou entendent «RAM», ils pensent à ces choses:

Celles-ci sont en réalité constituées de puces DRAM, et il est controversé que la DRAM soit une sorte de RAM. (Avant, c’était la "vraie" RAM, mais la technologie avait changé et c’était davantage une croyance religieuse si c’était de la RAM ou non, voir la discussion dans les commentaires.)

La RAM est un terme large. Il signifie "mémoire à accès aléatoire", c'est-à-dire tout type de mémoire accessible dans n'importe quel ordre (par "accédé", j'entends lu ou écrit, mais certains types de RAM peuvent être en lecture seule).

Par exemple, le disque dur n’est pas une mémoire à accès aléatoire, car lorsque vous essayez de lire deux bits qui ne sont pas adjacents (ou que vous les lisez dans l’ordre inverse), vous devez attendre la rotation des plateaux et l’en-tête. bouger. Seuls les bits séquentiels peuvent être lus sans opérations supplémentaires entre eux. C'est aussi pourquoi la DRAM peut être considérée comme non RAM - elle est lue par blocs.

Il existe plusieurs types de mémoire à accès aléatoire. Certaines d'entre elles ne sont pas volatiles et il en existe même en lecture seule, par exemple ROM. Donc, la RAM non-volatile existe.

Pourquoi ne l'utilisons-nous pas? La rapidité n’est pas le principal problème car, par exemple, la mémoire flash NOR peut être lue aussi rapidement que la mémoire DRAM (du moins c’est ce que dit Wikipédia , mais sans citation). Les vitesses d'écriture sont pires, mais le problème le plus important est:

En raison de l'architecture interne de la mémoire non volatile, elles doivent s'user. Le nombre de cycles d'écriture et d'effacement est limité à 100 000-1 000 000. Cela ressemble à un grand nombre et c'est généralement suffisant pour le stockage non volatile (les clés USB ne se cassent pas si souvent, n'est-ce pas?), Mais c'est un problème qui devait déjà être résolu dans les disques SSD. La RAM est écrite beaucoup plus souvent que les disques SSD, elle serait donc plus sujette à l'usure.

La DRAM ne s'use pas, elle est rapide et relativement peu coûteuse. La mémoire SRAM est encore plus rapide, mais elle coûte aussi plus cher. Actuellement, il est utilisé dans les processeurs pour la mise en cache. (et c'est vraiment RAM sans aucun doute;))

Au fond, c'est dû à la physique.

Toute mémoire non volatile doit stocker ses bits dans deux états qui ont une grande barrière d'énergie entre eux, sinon la plus petite influence changerait le bit. Mais pour écrire à cette mémoire, nous devons activement surmonter cette barrière d’énergie.

Les concepteurs ont assez de liberté pour fixer ces barrières énergétiques. Réglez-le sur faible 0 . 1, et vous obtenez une mémoire qui peut être réécrite beaucoup sans générer beaucoup de chaleur: rapide et volatile. Placez la barrière d'énergie à un niveau élevé 0 | 1et les bits resteront en place presque pour toujours, ou jusqu'à ce que vous dépensiez de l'énergie sérieuse.

La DRAM utilise de petits condensateurs qui fuient. Les gros condensateurs fuiraient moins, seraient moins volatils, mais prendraient plus de temps à charger.

Le flash utilise des électrons qui sont projetés à haute tension dans un isolateur. La barrière d'énergie est tellement élevée que vous ne pouvez pas les sortir de manière contrôlée; le seul moyen est de nettoyer tout un bloc de bits.

Il convient de noter que le premier "magasin principal" couramment utilisé dans les ordinateurs était le "noyau" - de minuscules tores de matériau en ferrite disposés en rangées, avec un fil les traversant dans 3 directions.

Pour écrire un 1, vous enverriez des impulsions de force égale par les fils X et Y correspondants, pour "retourner" le noyau. (Pour écrire un zéro, vous ne le feriez pas.) Vous devez effacer l'emplacement avant d'écrire.

Pour lire, essayez d’écrire un 1 et de voir si une impulsion correspondante a été générée sur le fil "Sens" - le cas échéant, l'emplacement était un zéro. Ensuite, vous devrez bien sûr réécrire les données, car vous veniez de les effacer.

(Ceci est une description légèrement simplifiée, bien sûr.)

Mais la substance était non volatile. Vous pourriez éteindre l'ordinateur, le démarrer une semaine plus tard et les données seraient toujours là. Et c'était très certainement "RAM".

(Avant le "noyau", la plupart des ordinateurs fonctionnaient directement à partir d'un "tambour" magnétique, avec seulement quelques registres de mémoire de la CPU, et quelques objets utilisés tels que des CRT de stockage.)

La réponse à la volatilité de la RAM (sous sa forme actuelle la plus courante) est donc simplement que cette forme est rapide et peu coûteuse. (Il est intéressant de noter qu'Intel a été le premier chef de file en matière de développement de RAM pour semi-conducteurs et n’est entré dans le secteur des processeurs que pour générer un marché pour leur RAM.)

La mémoire DRAM est rapide, peut être construite à moindre coût pour des densités extrêmement élevées ($ / MB et cm ² / MB), mais perd son état si elle n’est pas rafraîchie très fréquemment. Sa très petite taille fait partie du problème; les électrons s'échappent à travers des parois minces.

La mémoire SRAM est très rapide, moins chère ($ US / Mo) et moins dense, elle ne nécessite pas de rafraîchissement, mais perd son état une fois l’alimentation coupée. La construction SRAM est utilisée pour "NVRAM", qui est RAM attachée à une petite batterie. J'ai des cartouches Sega et Nintendo qui ont des états de sauvegarde vieux de plusieurs décennies stockés dans la NVRAM.

La mémoire EEPROM (généralement sous la forme de "Flash") est non volatile, lente à écrire, mais pas chère et dense.

FRAM (RAM ferroélectrique) est l’une des technologies de stockage de nouvelle génération qui devient disponible et qui fait ce que vous voulez: rapide, économique, non volatile… mais pas encore dense. Vous pouvez obtenir un microcontrôleur TI qui l'utilise et fournit le comportement souhaité. Couper le courant et le restaurer vous permet de reprendre votre travail là où vous l'avez laissé. Mais il ne dispose que de 64 ko. Ou vous pouvez obtenir une mémoire FRAM série de 2Mbit .

La technologie "Memristor" est à l’étude pour offrir des propriétés similaires à FRAM, mais n’est pas encore vraiment un produit commercial.

Modifier : notez que si vous avez un système à RAM permanente, vous devez soit savoir comment appliquer les mises à jour pendant son exécution, soit accepter le redémarrage occasionnel sans perdre tout votre travail. Il y avait un certain nombre de PDA pré-smartphone qui stockaient toutes leurs données dans la NVRAM, ce qui vous permettait de perdre instantanément toutes vos données en cas de panne de batterie.

OMI le problème principal ici est en effet la volatilité. Pour écrire rapidement, l'écriture doit être facile (c'est-à-dire ne pas nécessiter de longues périodes de temps). Cela contredit ce que vous aimeriez voir lors de la sélection de la RAM: il faut que ce soit rapide.

Analogie quotidienne: - Écrire quelque chose sur un tableau blanc est très facile et demande peu d'effort. Par conséquent, c'est rapide et vous pouvez dessiner partout en quelques secondes. - Cependant, vos dessins sur le tableau blanc sont très volatiles. Un faux mouvement et tout est parti. - Prenez une plaque de pierre et y gravez votre croquis - comme dans le style The Flintstones - et votre croquis y restera pendant des années, des décennies, voire des siècles. L'écriture prend beaucoup plus de temps cependant.

Retour aux ordinateurs: la technologie permettant d’utiliser des puces rapides pour stocker des données persistantes existe déjà (comme les clés USB), mais les vitesses sont toujours bien inférieures à celles d’une mémoire vive volatile. Jetez un coup d'œil à une clé USB et comparez les données. Vous trouverez quelque chose comme "lire à 200 Mo / s" et "écrire à 50 Mo / s". C'est toute une différence. Bien sûr, le prix des produits a une certaine marge de manœuvre, cependant, le temps d'accès général pourrait permettre de dépenser plus d'argent, mais la lecture sera toujours plus rapide que l'écriture.

"Mais qu'en est-il du BIOS clignotant? C'est intégré et rapide!" vous pourriez demander. Vous avez raison, mais avez-vous déjà flashé une image de BIOS? Le démarrage par le BIOS ne prend que quelques instants (la plupart du temps est une attente de matériel externe), mais le clignotement peut prendre quelques minutes, même s'il ne vous reste que quelques Ko à graver / écrire.

Il existe toutefois des solutions de contournement à ce problème, par exemple la fonctionnalité Hybernate de Windows. Le contenu de la RAM est écrit sur une mémoire non volatile (comme un disque dur), puis lu ultérieurement. Certains BIOS sur les netbooks offrent des fonctionnalités similaires pour la configuration générale du BIOS et les paramètres utilisant une partition cachée du disque dur (vous éviterez donc tout le contenu du BIOS, même lors d'un démarrage à froid).

Principalement à cause du catch-22 . Si votre DRAM (comme on l'a déjà dit, RAM est un terme très large. Ce dont vous parlez s'appelle DRAM , avec D pour Dynamic) devient soudainement non volatile, les gens l'appelleront NVRAM, qui est un type de stockage très différent.

Il existe également une raison pratique. Actuellement, il n’existe pas de types de NVRAM (je veux dire de véritables mémoires NVRAM basées sur une EEPROM, sans source d’alimentation requise) qui permettent un nombre illimité d’écritures sans dégradation matérielle.

En ce qui concerne les périphériques de stockage de masse basés sur la DRAM: jetez un œil à Gigabyte i-RAM (notez la batterie Li-Ion rechargeable qui la rend non volatile pendant un moment)

En réalité, la RAM n’a PAS, à proprement parler, BESOIN d’être volatile, mais pour des raisons de commodité, nous le faisons généralement de cette façon. Voir la mémoire magnétique sur Wikipedia ( http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoresistive_random-access_memory ) pour une technologie RAM non-volatile potentielle, bien que celle-ci ait encore besoin d'être développée pour une utilisation pratique.

En gros, l’avantage de la DRAM est sa taille. C'est une technologie extrêmement simple qui possède des caractéristiques de lecture-écriture très rapides, mais qui, en conséquence, est volatile. La mémoire flash a les caractéristiques de lecture correctes, mais elle est extrêmement lente comparée à ce qui est nécessaire pour la RAM.

La RAM statique a des caractéristiques de lecture-écriture extrêmement favorables et une consommation d'énergie relativement faible, mais présente un nombre de composants élevé par rapport à la mémoire DRAM et est donc beaucoup plus chère. (Plus grande empreinte sur silicium = plus de défaillances + moins de puces par puce = plus de coût) Elle est également volatile, mais même une petite batterie peut l’alimenter pendant un certain temps, ce qui en fait une sorte de psudo-NVRAM sans le coût. problème.

Qu'il s'agisse de MRAM ou d'une autre technologie, il est probable qu'à l'avenir, nous trouverons une solution au besoin actuel de structures de mémoire à plusieurs niveaux qui ralentissent les ordinateurs, mais nous n'en sommes pas encore là. Même une fois que cette époque est arrivée, il est probable que nous aurons encore besoin d’une variété de supports de stockage fiables à long terme (lire: SLOW) pour archiver les données.

Comme beaucoup d'autres l'ont mentionné, la RAM moderne n'est volatile que par conception - et non par exigence. La SDRAM et la DDR-SDRAM ont également le problème de nécessiter un rafraîchissement pour rester fiables en fonctionnement. C'est juste la nature des modules de RAM dynamique. Mais, je ne pouvais pas m'empêcher de me demander s'il y avait une autre option disponible. Quels types de mémoire existent qui peuvent correspondre aux critères? Dans cette procédure, je ne couvrirai que la mémoire pouvant être lue / écrite au moment de l'exécution. Cela élimine les ROM, PROM et autres puces à usage unique - elles sont censées rester immuables une fois programmées.

Si nous nous rapprochons un peu plus du côté non volatile du spectre, nous rencontrons de plus en plus de SRAM - mais sa non-volatilité est assez limitée. En réalité, il ne s'agit que de la rémanence des données. Il ne nécessite pas d'actualisation, mais il perdra certainement ses données lorsque l'alimentation est coupée pendant trop longtemps. En plus de cela, il est également un peu plus rapide que la DRAM - jusqu'à ce que vous atteigniez la taille en Go. En raison de la taille accrue des cellules mémoire (6 transistors par cellule), par rapport à la mémoire DRAM, la viabilité de l'avantage de la vitesse de la mémoire SRAM commence à s'estomper à mesure que la taille de la mémoire utilisée augmente.

La prochaine étape est BBSRAM - SRAM sauvegardée par batterie. Ce type de mémoire est une version modifiée de la mémoire SRAM qui utilise une batterie pour devenir non volatile en cas de panne de courant. Cependant, cela introduit quelques problèmes. Comment se débarrasse-t-on d'une batterie une fois que c'est fait? Et la SRAM n’est-elle pas déjà assez grosse en tant que telle? L'ajout d'un circuit de gestion de l'alimentation et d'une batterie au mixage réduit uniquement la quantité d'espace pouvant être utilisée pour les cellules de mémoire réelles. Je ne me souviens pas non plus que les piles aient bien fonctionné avec une exposition prolongée à la chaleur ...

Outre le côté non volatile du spectre, nous examinons maintenant l’EPROM. "Mais attendez", demandez-vous - "EPROM n'est-il pas un usage unique?" Pas si vous avez une lumière UV et la volonté de prendre des risques élevés. Les EPROM peuvent être réécrites si elles sont exposées aux rayons ultraviolets. Cependant, une fois programmés, ils sont généralement emballés dans une enceinte opaque, qui doit être retirée en premier. Très peu pratique, vu qu'il ne peut pas être réécrit en cours d'exécution, en circuit. Et vous ne seriez pas en mesure de cibler des adresses / cellules de mémoire individuelles - seulement effacer. Mais, EEPROM pourrait aider ...

Le terme EE signifie «électriquement effaçable». Cela ouvre la porte aux opérations d’écriture se produisant pour la première fois dans le circuit (par rapport à ROM, PROM et EPROM). Cependant, les EEPROM utilisent des transistors à grille flottante. Cela conduit à une accumulation progressive d'électrons piégés, ce qui finira par rendre les cellules de la mémoire inutilisables. Ou bien, les cellules de mémoire pourraient subir une perte de charge. Cela conduit à laisser la cellule dans un état effacé. C'est une peine de mort planifiée - pas ce que vous cherchiez.

MRAM est le suivant dans la liste. Il utilise une jonction de tunnel magnétique, constituée d'un aimant permanent couplé à un aimant interchangeable (séparé par une couche isolante mince), comme mèche. Selon Wikipedia ,

" La méthode de lecture la plus simple consiste à mesurer la résistance électrique de la cellule. Une cellule particulière est sélectionnée (généralement) en alimentant un transistor associé qui fait passer le courant d'une ligne d'alimentation passant de la cellule à la terre. Grâce à la magnétorésistance du tunnel, La résistance électrique de la cellule change en raison de l'orientation relative de l'aimantation dans les deux plaques. La mesure du courant résultant permet de déterminer la résistance à l'intérieur d'une cellule donnée, et à partir de celle-ci la polarité d'aimantation de la plaque inscriptible. "

Cette forme de mémoire est basée sur des différences de résistance et de tension de mesure, plutôt que sur des charges et des courants. Il n'a pas besoin de pompe de charge, ce qui contribue à réduire son consommation d'énergie par rapport à la DRAM, en particulier pour les variantes à base de STT. La conception de la mémoire MRAM présente de nombreux avantages, notamment une densité de mémoire comparable à celle de la mémoire DRAM; performances et vitesse comparables à celles de la mémoire SRAM dans des cas de test limités; consommation d'énergie bien inférieure à celle de la DRAM; et absence de dégradation due aux opérations répétées de lecture / écriture. Cela a mis la MRAM à l'honneur pour les chercheurs et les scientifiques, ce qui a contribué à son développement. En fait, il est également considéré comme un candidat possible à la " mémoire universelle ". Cependant, les coûts de fabrication pour ce type de mémoire restent très élevés,autres options - celles qui semblent un peu lourdes à ce stade.

Je pourrais passer en revue la RAM ferroélectrique, mais c'est une option plutôt triste. La structure de la mémoire F-RAM est similaire à celle de la mémoire DRAM: remplacez simplement la couche diélectrique par un matériau ferroélectrique. Il consomme moins d'énergie, sa résistance en lecture / écriture est bonne, mais les avantages diminuent par la suite. Il a des densités de stockage beaucoup plus basses, un plafond de stockage pur et simple, un processus de lecture destructif (nécessitant des modifications de tout circuit intégré pour le gérer avec un archivage écriture après lecture) et un coût global plus élevé. Pas beau à voir.

SONOS , CBRAM et Flash-RAM (NAND Flash, base NOR, etc.) sont les dernières options du spectre . Un stockage commun semblable à un disque SSD ne suffira pas, nous ne pouvons donc trouver aucune option viable à la fin de ce spectre. SONOS et Flash-RAM souffrent tous deux de problèmes de vitesses de lecture / écriture limitées (utilisées principalement pour le stockage permanent - non optimisées pour des vitesses de fonctionnement similaires à celles de RAM), de la nécessité d'écrire par blocs et d'un nombre limité de cycles de lecture / écriture avant de dire " bonne nuit'. Ils peuvent être utiles pour la recherche de personne, mais ils ne fonctionneront certainement pas pour un accès haute vitesse. CBRAM est également un peu trop lent pour vos besoins.

L'avenir de cette chasse est sombre pour le moment. Mais ne craignez rien - j'ai laissé quelques mentions honorables pour votre lecture personnelle. T-RAM (Thysistor-RAM), Z-RAM et nvSRAM sont également des candidats possibles. Alors que T-RAM et Z-RAM nécessitent toutes les deux une actualisation occasionnelle (par rapport à DRAM, SDRAM et DDR-SDRAM), nvSRAM est exempt de telles exigences. Ces trois options offrent soit une meilleure densité de mémoire, de meilleures vitesses de lecture / écriture et / ou de meilleurs taux de consommation d'énergie. Ils n'ont également pas besoin de piles, ce qui est un avantage considérable (BBSRAM pleure dans un coin). En regardant de plus près nvSRAM, il semble que nous ayons trouvé le candidat viable pour le remplacement tant redouté de la DDR-SDRAM.

Mais bientôt (du moins pour ceux qui ont choisi de lire jusque-là), nous pleurerons tous dans nos propres coins. En plus d'avoir les mêmes problèmes de taille que SRAM, nvSRAM n'est pas non plus disponible dans des modules suffisamment volumineux pour une utilisation en tant que remplacement approprié de DDR-SDRAM. Les options sont là, mais elles ne sont pas encore prêtes pour la production (comme MRAM) ou ne le seront tout simplement jamais (nvSRAM). Et avant que vous ne le demandiez, la mémoire i-RAM Gigabyte est également disponible. Elle ne fonctionne que via une interface SATA, ce qui engendre un goulot d'étranglement au niveau des performances. Il a aussi une batterie. Je suppose que nous devrions tous regarder où la mémoire peut être va prochain ? Une fin douce-amère, je suppose.

• Les mémoires de grande capacité nécessitent de petites cellules de mémoire individuelles. Un simple condensateur, qui contient une charge 1 ou une charge 0, peut être beaucoup plus petit que la logique complexe en RAM non volatile et plus rapide.

• Le remplissage de la quantité filtrée est un cycle indépendant du matériel. Cette logique est conçue de manière à ce que le processeur ne soit normalement pas gêné.

• La mise hors tension de l'autre main arrête le rafraîchissement. Alors oui, un rechargement total est nécessaire, au démarrage ou en veille prolongée.

• Plus grande capacité pour la même taille, remporte le vote.

8 Go de RAM = 8.589.934.592 octets x 8 bits = 68.719.476.736 bits (cellules - pas de parité)

Pour répondre à la question, ça ne marche pas!

Mémoire vive à accès aléatoire De Wikipédia, l'encyclopédie libre La mémoire vive non volatile (NVRAM) est une mémoire vive à accès aléatoire qui conserve ses informations à la mise hors tension (non volatile). Cela contraste avec les mémoires DRAM et les mémoires SRAM statiques, qui conservent les données uniquement tant que l’alimentation est sous tension. La forme la plus connue de mémoire NVRAM aujourd'hui est la mémoire flash. Certains inconvénients de la mémoire flash incluent la nécessité de l'écrire dans des blocs plus grands que ce que de nombreux ordinateurs peuvent automatiquement résoudre, et la longévité relativement limitée de la mémoire flash en raison de son nombre fini de cycles d'effacement-écriture (la plupart des produits flash grand public au moment de l'écriture peuvent résister à environ 100 000 réécritures avant que la mémoire ne commence à se détériorer). Un autre inconvénient est la limitation des performances empêchant Flash de faire correspondre les temps de réponse et, dans certains cas, l’adressabilité aléatoire offerte par les formes traditionnelles de RAM. Plusieurs technologies plus récentes tentent de remplacer le flash dans certains rôles, et certaines prétendent même être une mémoire véritablement universelle, offrant les performances des meilleurs dispositifs SRAM avec la non-volatilité du flash. À ce jour, ces solutions de remplacement ne sont pas encore courantes.

Source: page wiki NVRAM

À proprement parler, la RAM n’a pas besoin d’être volatile. Plusieurs formes de RAM non volatile ont été utilisées dans les ordinateurs. La mémoire centrale en ferrite, par exemple, était la forme dominante de RAM (qui servait de stockage principal, à partir duquel le processeur prenait directement des informations) dans les années 50 jusqu'aux années 70, quand la mémoire monolithique à transistors est devenue prédominante.

Je pense qu'IBM a également qualifié le disque dur de stockage à accès aléatoire, car il différait du stockage à accès séquentiel, tel que la bande magnétique. La différence est comparable à une cassette et à un disque vinyle - vous devez parcourir toute la bande avant d’arriver à la dernière chanson, alors que vous pouvez simplement repositionner la broche sur n’importe quel emplacement du disque pour commencer à écouter à partir de là.