Onderzoekers ontwikkelden met UltraRAM een nieuwe vorm van non-volatiel geheugen met de snelheid van klassieke RAM maar de persistentie van een harde schijf of SSD. Als het geheugen werkt zoals geadverteerd, kan het de fundering worden voor de computer van morgen.
UltraRAM is hoe wij ons nieuw uitgevonden geheugen ook zouden noemen, moesten we die kans krijgen. De naam lijkt zowaar niet overdreven: met UltraRAM claimen onderzoekers van de universiteit van Lancaster in het VK een geheugentype uitgevonden te hebben dat alle voordelen van RAM combineert met alle voordelen van klassiek geheugen, zonder de nadelen. Klopt dat in de praktijk, dan kan UltraRAM de toekomst val opslag worden.
Waarom?
Non-volatiel geheugen met de prestaties van RAM is zo’n beetje de heilige graal van de computerwereld vandaag. Een dergelijk opslagmedium maakt geheugencentrische computers mogelijk, waarbij bijvoorbeeld enorme databases rechtstreeks vanuit het opslaggeheugen worden ingeladen. Vandaag kan zoiets niet. Klassieke opslag, die betaalbaar is in volume en zijn inhoud niet kwijtraakt bij een stroomonderbreking, is met SSD’s een stuk sneller geworden dan met de harde schijven van weleer. De snelheid van zelfs de meest performante SSD blijft zowel wat transfersnelheid als wat latency betreft echter ver onder DRAM.
De snelheid van een systeem wordt mee bepaald door de snelheid van het geheugen. Je mag nog ’s werelds snelste processor in je systeem stoppen, als die niet snel genoeg aan de juiste instructies raakt dan kan de chip geen bewerkingen uitvoeren. Daarom is er het RAM-geheugen, waar de data die een cpu nodig heeft preventief wordt ingeladen. Op je laptop gaat het doorgaans om 8 of 16 GB aan DDR4-RAM waar je actieve programma’s en tabs in leven, in datacenters gaat het om veel grotere hoeveelheden RAM waarin bijvoorbeeld grote databases leven.
De snelheid van een systeem wordt mee bepaald door de snelheid van het geheugen.
In de praktijk moet data altijd van het opslaggeheugen in het RAM-geheugen worden geladen, en moet data vervolgens na bewerking opnieuw bewaard worden in het opslaggeheugen. Non-volatiel geheugen met RAM-snelheden kan dat euvel verhelpen. Met een dergelijk opslagmedium kan een systeem bliksemsnel aan alle gegevens, zonder dat er daarvoor heen en weer geschipperd moet worden tussen RAM enerzijds, en SSD of HDD anderzijds.
Kwantumeffecten
UltraRAM belooft om precies die functie te vervullen. Het geheugen maakt gebruik van ‘resonant tunneling’, een kwantumeffect waarbij een klein voltage een barriére van opaak naar transparant kan veranderen, en zo een verschil tussen 0 en 1 kan maken. Verder zorgden de onderzoekers voor een stevige energiebarriére die ervoor zorgt dat elektronen in het geheugen niet verdwijnen wanneer de stroom uitvalt.
Het resonant tunneling-concept zorgt voor DRAM-snelheden en heeft als bijkomend voordeel dat het honderdmaal minder energie gebruikt dan klassieke DRAM. De energiebarriére neemt dan waar het non-volatiele aspect voor zijn rekening. De onderzoekers claimen dat UltraRAM de voordelen van DRAM combineert met de voordelen van SSD’s, zonder compromissen.
Productie
Op papier is UltraRAM een briljante nieuwe uitvinding. Als ze werkt zoals geadverteerd, is de kans reëel dat de onderzoekers van Lancaster de opvolger van DRAM en de SSD hebben uitgevonden. In de praktijk zijn er nog enkele hordes te overwinnen. De belangrijkste is betaalbare massaproductie. Het staat buiten kijft dat UltraRAM in eerste instantie erg duur zal zijn, aangezien dat bij alle nieuwe technologieën het geval is. De vraag is of semiconductorfabrikanten in staat zijn om UltraRAM rendabel te produceren zodat de prijs na verloop van tijd daalt, en de technologie zich op termijn een weg kan maken van HPC-niches naar workstations en laptops.
Er bestaan vandaag al producten die claimen de voordelen van DRAM en SSD’s te combineren. 3D Xpoint-geheugen, beter gekend als Intel Optane, is daarvan het gekendste voordeel. In principe is Optane ook non-volatiel geheugen. In de praktijk zit Optane echter tussen DRAM en een SSD. Dat maakt het geheugen interessant, maar de prestaties volstaan niet om zowel SSD als DRAM door Optane te vervangen. Op termijn kan UltraRAM die rol wel vervullen.
Lees ook: Intel Optane versus klassieke RAM: de grote uitdagingen van de nieuwe technologie, over wat Optane precies is, en welk doel Intel met het geheugen voor ogen heeft.