IBM veut concurrencer la mémoire flash avec la PCM

IBM étudie d'autres pistes pour faire évoluer la mémoire non-volatile en termes de vélocité et de densité d'intégration. Dans cette optique, Big Blue a présenté un prototype destiné au stockage de données numériques basé sur de la mémoire PCM (Phase Changement Memory) dite à changement de phase.

Sur ce dispositif sont intégrés 2,8125 Go de PCM (composés de 36 cellules de 128 Mbits par carte avec 5 cartes au total).

Pour l'heure, il s'agit d'un prototype - IBM parle de PSS pour Prototype Storage Solution - développé en partenariat avec l'Université de Patras située en Grèce. Pour l'occasion, le projet a d'ailleurs été baptisé « Thésée » du nom du héros de la mythologie grecque.

Jusqu'à 275 fois plus rapide que la flash

Premier avantage et non des moindres de ce type de mémoire : elle peut-être réécrite plus de 10 millions de fois (et 10 000 milliards de fois avec la correction d'erreur directe), un marathon si on compare ce chiffre aux 10 000 cycles d'écriture possibles avec les SSD.

Si l'endurance est donc bien à l'avantage de la PCM, ses performances en termes de latence pour l'accès aux données sont dithyrambiques. Pour s'en convaincre, les chercheurs d'IBM les ont comparées à celles de SSD basés sur de la flash MLC (un modèle professionnel et l'autre grand public) et de la flash TLC (« MLC » pour « multi-level cell » et « TLC » pour « Triple Level Cell« ). Les profils de ces temps d'accès à l'usage sont de l'ordre 14 000 et 20 000 microsondes (µs) respectivement pour les deux premiers SSD tandis que celui du SSD à base de flash TLC peut monter jusqu'à 120 000 µs. De son côté, le temps d'accès aux données sur le PSS a plafonné à 2 000 µs mais est la grande majorité du temps inférieur à 500 µs.

IBM indique que les mesures précises donnent un avantage dans un rapport pouvant atteindre les 275 fois à la mémoire PCM au détriment de la flash à portes NAND.  » Nous avons mesuré des temps pour les deux SSD flash (à flash MLC) 12x et 275x plus importants que pour la PCM PCI-e, » indique Ioannis Koltsidas, membre de l'unité de recherche IBM storage systems.

Une évolutivité certaine

La PCM est développée depuis 2012 avec toutefois des problèmes de fiabilité, talon d'Achille auquel IBM semble avoir remédié.

Reste la question centrale de l'évolution en termes de densité d'intégration. A court terme, celle des puces de NAND flash pourrait trouver ses limites avec l'évolution de la finesse de gravure. Des parades sont toutefois envisagées avec notamment la flash NAND « 3D » développée par SK Hynix, Toshiba mais aussi IBM.

Actuellement, la PCM embarquée dans le PSS est gravée dans un process CMOS 90 nm de Micron. La PCM pourra bénéficier de process plus avancés pour une plus grande intégration mais se heurtera aux mêmes limites technologiques que la flash. Toutefois, son fonctionnement même laisse entrevoir des possibilités quant à l'augmentation de sa densité d'intégration.

La PCM est basée sur un alliage de chalcogénure pris en sandwich entre deux électrodes. Un courant élevé rend l'alliage amorphe en le chauffant (on est alors en présence d'un « 0 ») en 70 ns tandis qu'un courant moyen le transforme en structure cristalline (stockage d'un « 1 ») en 120 ns. Mais surtout, le rapport entre les résistances présentées est compris entre 1/100 et 1/1000. Ceci laisse la possibilité de gérer des états intermédiaires (comme l'ont démontré Intel et Micron) afin de stocker plusieurs bits par cellule.

La PCM offre donc de sérieux atouts pour remplacer la flash dans certaines applications. Mais, les deux types de mémoire (PCM et flash) pourraient également être associés dans des dispositifs de stockage hybride basés sur un contrôleur unique.

Crédit photo @IBM.