Флэш-память: взлет или падение?

2 июнь, 2005 - 23:00Сергей Грицачук

Энергонезависимая флэш-память за 17 лет своего существования на рынке успела стать практически неотъемлемым компонентом электронных устройств. Разумеется, такой успех можно только приветствовать, тем не менее многие специалисты уже начали задумываться о возможных преемниках этой технологии. Посмотрим, что же ждет флэш-память в ближайшем будущем.

Год 2004-й ознаменовался многими переломными моментами в сфере IT-индустрии. Ни для кого не секрет, что благодаря наращиванию возможностей мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов и видеокамер, карманных компьютеров и просто всяких полезных электронных новинок серьезно повысился спрос на модули хранения информации, в качестве которых традиционно выступали чипы флэш-памяти.

Уже в 2003 г. ведущие мировые компании-аналитики отметили небывалый рост объемов продаж – он составлял около 80% по сравнению с предыдущим годом. Естественно, это способствовало усилению конкурентной борьбы среди производителей и, как следствие, повышению качества продукции и формированию приемлемых цен, что в конечном итоге благотворно сказывается на потребителе.

Увы, надежды на дальнейший взрывной характер роста продаж флэш-памяти не оправдались, хотя еще первая половина 2004 г. подтверждала высказанные мнения: этот показатель составил около 31,4%. Во второй же половине наметился очевидный спад, заставивший аналитиков пересмотреть свои прогнозы. Несмотря на растущий спрос на устройства, использующие модули флэш-памяти, в том числе и накопители типа USB-flash, объемы производства микрочипов существенно превысили потребительские запросы.

По мнению Gartner, основная причина такого значительного снижения продаж – переизбыток микросхем флэш-памяти, выполненной на базе технологии NAND. Фактически этому в немалой степени способствовало резкое увеличение объемов выпуска микросхем памяти, но уже в этом году поставки оказались не способны компенсировать упавшие цены. Что характерно – ведь не так давно многие аналитики гарантировали флэш-памяти NAND стабильный рост на протяжении как минимум двух лет.

Увы, чуда не произошло. Но, тем не менее, в любом не очень приятном событии есть и своя положительная сторона. Определились основные игроки в данном секторе рынка, наметились тенденции развития, и, что интересно, начались разговоры о грядущих преемниках и кардинально новых технологиях, которые в недалеком будущем заменят флэш-память. Насколько позволяют судить осторожные высказывания разработчиков, эти слухи имеют под собой довольно веские основания, так не пора ли заранее готовиться к очередному технологическому рывку?

Но стоит вернуться к текущему состоянию рынка. В принципе, можно было бы сказать, что никаких кардинальных изменений пока не произошло, хотя процесс совершенствования остановить невозможно. Собственно, разработчики сосредоточили основные усилия на двух направлениях: наращивание объемов памяти и уменьшение габаритов сменных носителей с одновременным снижением энергопотребления. Впрочем, это достаточно логично – мобильные электронные устройства стремительно теряют в весе и габаритах, становясь вместе с тем значительно более требовательными к ресурсам.

CeBIT 2005 и не только

Вряд ли кто-либо из компаний способен проигнорировать столь значительное событие в жизни мирового IT-сообщества, как международную выставку, на которой представляют свои последние разработки практически все гранды мировой электронно-компьютерной индустрии. По этой причине логично было бы ожидать, по крайней мере, массовой демонстрации новейших решений, построенных на базе флэш-памяти, но ничего революционного фактически представлено не было. Изобилия новых стандартов также не наблюдалось, хотя кое о чем хотелось бы упомянуть.

Pretec C-Flash – еще один стандарт миниатюрных карт памяти для мобильных устройств

В частности, из новых форматов стоит отметить решение компании Pretec: формат C-Flash, отличающийся малыми габаритами носителей, обладающий встроенной поддержкой смарт-карт и возможностью работы с популярными интерфейсами MMC/SD и USB, несомненно, найдет признание в мобильных устройствах.

Впрочем, нечто похожее предложила Samsung – новый тип флэш-карты памяти размером с двухкопеечную монету. Продолжая развивать возможности стандарта Multimedia Card, компания дала своей разработке название Multimedia Card Micro (MMC Micro). Кстати, на этом новаторство не закончилось – Samsung объявила о создании сверхкомпактного (11×13× ×1,4 мм) чипа флэш-памяти OneNAND с объемом 4 Gb (512 MB) для будущего использования в мультимедийных портативных устройствах. В качестве главной особенности разработки, помимо ее большой емкости, указываются высокая плотность записи данных, а также вдвое уменьшенное энергопотребление.

Несмотря на то что стандарт MMCMobile был одобрен Ассоциацией производителей флэш-памяти Multimedia Card (MMCA) не так давно, к поддержке этой технологии присоединилась компания Transcend, анонсировав свое решение, совместимое с RS-MMC и отличающееся поддержкой двустандартного напряжения питания – 3,3 В и 1,8 В.

SanDisk не пошла по пути всеобщей миниатюризации, зато продемонстрировала свою разработку стандарта xD-Picture большого объема – 1 Gb. Впрочем, не исключено, что усилия ее специалистов были направлены на создание новой перспективной технологии U3, но это уже скорее из области применения существующих микрочипов.

Перспективы развития

Несомненно, текущее положение дел на рынке флэш-памяти более чем очевидно – существующие технологии вполне удовлетворяют потенциальных потребителей, и каких-либо проблем в виде низкой скорости передачи данных или предела возможностей существующих решений не наблюдается.

Тем не менее трудно поверить в то, что просуществовавшая почти 20 лет технология никоим образом не получит дальнейшего развития. В конце концов, практически все узлы и модули современных компьютеров претерпели массу изменений, причем в лучшем случае от первоначальной концепции осталось только название.

Что же может ожидать сектор рынка флэш-памяти в ближайшем будущем? Разумеется, какие-то технологии рано или поздно придут на смену «морально устаревшему» флэш-модулю, но какие? Этот вопрос неоднократно задавался представителям ведущих компаний-разработчиков, и вот что оказалось – практически все они видят будущее данного сектора по-разному.

Самое интересное – большинство разработчиков единодушны в том, что современные технологии не только не устарели, но в ближайшее время станут еще популярнее. Более того, высказывалось мнение, что в период с 2006 г. по 2008 г. объемы продаж флэш-памяти существенно возрастут, а появления преемников стоит ожидать лишь после 2010 г.

К этому времени планируется внедрить новые технологии. Так, например, представители компании Intel совсем недавно начали разрабатывать флэш-память на основе технологии 45 нм, которая, по их ожиданиям, выйдет на рынок в 2008 г. Перед этим, в 2006 г., Intel рассчитывает представить поколение 65-нанометровой флэш-памяти.

Что характерно, специалисты Intel уверены в необходимости дальнейшего совершенствования техпроцесса и после 2008 г., что не исключает вероятного перехода флэш-памяти на 32- и 22-нанометровую технологию.

Представители крупнейшей в мире компании по производству карт памяти на основе флэш-технологий SanDisk также полагают, что потенциал существующих технологий далеко не исчерпан, и видят расширение возможностей в наращивании объемов памяти. Причем основной акцент делается на то, что проблем с пропускной способностью канала передачи данных (быстродействием) не существует благодаря использованию 32-битного RISC-процессора, интегрированного в карту памяти. Впрочем, здесь с ними полностью согласны разработчики из Samsung, утверждая, что они имеют фирменный контроллер на базе 32-разрядного процессора с архитектурой ARM7 и расширенную до восьми бит шину данных. Такой контроллер обеспечивает возможность обновления ПО и может быть модифицирован путем установки 48 Kb флэш-памяти (вместо EEPROM).

В качестве одного из методов увеличения быстродействия накопителей на базе флэш-памяти специалисты из SanDisk предлагают разработку технологии параллельной записи данных одновременно на несколько чипов в одном модуле. Такая технология, разумеется, не нова в области хранения данных – но кто знает, не следует ли ожидать в недалеком будущем появления высокоскоростных флэш-накопителей, работающих по принципу RAID-массивов?

Интересно, что не только сами разработчики отмечают продолжительный срок существования флэш-памяти. Аналитики также предполагают, что в том или ином виде она просуществует еще не менее 10–15 лет, прежде чем будет окончательно вытеснена более совершенным решением. Но это не означает, что на сегодняшний день не ведется никаких исследований в данной области; правда, пока результаты этих исследований не могут быть реализованы на практике, но, тем не менее, имеют полное право на существование.

Преемники или наследники?

Не стоит думать, что разработчики и производители флэш-памяти не ищут альтернативных решений. И даже тот факт, что существующие технологии вполне удовлетворяют требованиям современности, а также ближайшего будущего, не мешает уже сейчас проводить комплексные исследования в поисках альтернативы.

В частности, одно из подразделений компании Intel уже довольно давно занимается разработкой нового вида памяти, получившей название Ovonic Unified Memory (OUM, так называемая память на аморфных полупроводниках). Основной принцип хранения данных этого типа памяти сходен с принципом работы накопителей на компакт-дисках CD-RW и DVD-RW.

Фактически использован все тот же метод изменения состояния материала халькогенида под воздействием высоких температур, но в отличие от CD/DVD нагрев материала производится не лазером, а электрическим током. Такой подход фактически способен обеспечить два состояния вещества (кристаллическое и аморфное), необходимых для хранения данных.

Intel считает, что ее разработка является непосредственным преемником флэш-памяти, и позиционирует OUM на массовый рынок. В качестве основных преимуществ OUM называются существенно большее число максимальных циклов записи – 1013 (для флэш-памяти оно составляет от 100 тыс. до миллиона циклов), а также более высокая скорость доступа, составляющая 100–200 нс.

Пока еще разработчики не продемонстрировали готовый чип, но, тем не менее, уверенно заявляют о том, что изделие не будет стоить дороже флэш-памяти. Впрочем, у этой технологии есть и небольшой недостаток – OUM не обладает столь высоким быстродействием, как, например, магниторезистивная память MRAM, где время доступа не превышает 10–15 нс.

Опытный образец этой памяти (чип с максимальной на сегодня емкостью 16 MB) Infineon еще год назад представила широкой публике. В отличие от Intel разработчики решили не размениваться по мелочам, поэтому указывают на практически неограниченный потенциал MRAM и способность конкурировать не только с флэш-памятью, но и DRAM и SRAM.

Архитектура памяти MRAM

По сути, MRAM (магниторезистивная память, Magneto-resistive Random Access Memory) построена на гибридной технологии, которая заключается в использовании элементов магнитной памяти, расположенных на кремниевой подложке.

Основными преимуществами этой разработки считают бесконечное число циклов записи, а также сверхвысокие скорости записи и доступа. «Время, требующееся на запись первого бита информации в чип MRAM, примерно в миллион раз меньше, чем для флэш-памяти, а время чтения первого бита из MRAM меньше, чем у NOR-флэш, примерно в три раза и почти в 1000 раз меньше, чем у NAND-флэш», – утверждает доктор Герхард Мюллер, директор исследовательского отделения Memory Products Business Group в Infineon Technologies.

Собственно, компания Freescale уже производит образцы чипов MRAM и планирует в нынешнем году начать коммерческое производство памяти в виде чипов 4 Mb, но пока неясно, где же будут применяться эти модули.

Опять же, данная технология тоже не беспроблемна: неизвестно, сможет ли когда-нибудь ячейка памяти MRAM уменьшиться до размеров ячейки флэш-памяти. Ее размеры, по информации Infineon, сегодня составляют всего 0,1 мкм, а техпроцесс 16 Mb чипа MRAM равен 1,42 мкм. Кроме того, себестоимость новой памяти весьма высока, и неясно, есть ли возможность ее снижения до разумных пределов.

Так выглядит чип памяти MRAM

Правда, представители компании Freescale и Infineon считают, что разработка MRAM идет намного динамичнее, чем флэш-памяти. По их мнению, за те 6–7 лет, которые есть у них в запасе, они вполне смогут сделать MRAM конкурентоспособной, кроме того, они полагают, что MRAM является именно той технологией, которая в будущем заменит не только флэш, но и даже DRAM/SRAM.

Станет ли MRAM универсальной памятью будущего, покажет время. А пока все та же Freescale продолжает работать над методами улучшения флэш-памяти. В данном случае речь идет о применении в изготовлении микрочипов технологии на базе кремниевых нанокристаллов.

Сообщается, что эта технология позволяет снизить производственные расходы на 10–15% и существенно упростить процесс изготовления чипов флэш-памяти, а в ближайшем будущем еще и удвоить битную емкость микросхем. Правда, при этом не изменятся такие показатели, как быстродействие, надежность и функциональность – они останутся сравнимы с флэш-памятью существующего поколения. Разработчики из Infineon также уверены, что возможности флэш можно расширить с помощью нанотехнологий, но высказывают сомнения, справедливо ли будет называть эту память «флэш».

Заключение

Итак, очевидно главное: рынок флэш-памяти, несмотря на приливы и отливы, существенных изменений претерпевать не будет. Переизбыток производства и падение объема ее продаж, возникший на стыке 2004–2005 г., можно скорее считать незапланированной ситуацией, чем катаклизмом.

Совершенно очевидно, что явных конкурентов у флэш-памяти нет и не предвидится в ближайшие 5–6 лет, а посему можно рассчитывать только на то, что разработчики станут не столько внедрять новые технологии, сколько улучшать уже существующие.

В то же время производители электронных устройств будут находить новые, возможно, даже несколько неожиданные области применения подешевевшим чипам флэш. Как пример можно привести разработку компании BitMicro, продемонстрировавшей общественности емкие накопители, напоминающие обычные HDD, но не содержащие механических частей. Разумеется, в ближайшие годы такие накопители не станут массовыми, несмотря на использование стандартных интерфейсов IDE и SCSI, а также немалой емкости – от 512 MB до 155 GB, поскольку стоимость подобных устройств может превышать 10 000 тыс. долл. Но зато им найдется применение в тех случаях, когда использование механических накопителей невозможно или нецелесообразно по причине низкой надежности.

Также будут наращиваться возможности обыкновенных устройств USB FlashDrive, благодаря тому что они получили большую популярность у пользователей. Уже сейчас существуют модели объемом до 8 GB, правда, пока они еще довольно дороги, но ведь еще год-два назад «брелок» объемом 128–256 Мb был совсем не дешев.

Кстати, очевидно, что снижение цен на высокоемкие модули памяти даст дополнительный толчок к расширению возможностей портативных устройств – и мобильные телефоны, КПК, электронные гэджеты обрастут массой новых, несомненно, полезных функций.