4DS Memory Limited kündigte eine neuartige ReRAM-Technologie für die KI-Verarbeitung an, die einen persistenten Speicher mit hoher Bandbreite und hoher Ausdauer für Big Data- und Neuralnetz-Anwendungen bietet. Die auf PCMO (Praseodym, Kalzium, Mangan, Sauerstoff) basierende ReRAM-Technologie von 4DS bietet erhebliche Vorteile gegenüber anderen filamentären ReRAM-Technologien. 4DS ist das erste Unternehmen, das diese schnelle, langlebige, nichtflüchtige Technologie auf einem modernen CMOS-Knoten entwickelt hat. Eine der größten Herausforderungen für den KI-Markt besteht darin, dass herkömmliche CPU-Architekturen nicht in der Lage sind, die riesigen Datenmengen, die in den Chip eingelesen, verarbeitet und die Ergebnisse wieder aus dem Chip herausgeschrieben werden müssen, effizient zu verarbeiten.

Neue Chip-Architekturen bringen zwar den Speicher mit der Rechenleistung zusammen (Compute in Memory), aber dieser Ansatz ist durch die Art des Speichers, der schnell genug sein kann, und die Menge des Speichers, die integriert werden kann, begrenzt. Mit diesen größeren Modellen sind auch die Herausforderungen bei der Sicherung und Wiederherstellung von Rechendaten gewachsen. Neben der Geschwindigkeit ist auch die Energieeffizienz immer wichtiger geworden, da die KI-Verarbeitung laut Prognosen der Internationalen Energieagentur bis 2026 10 Mal mehr Energie verbrauchen wird als im Jahr 2023.

Da 4DS innerhalb seines Persistenzfensters keine Auffrischung benötigt und innerhalb des DRAM-Betriebsfensters 'aufgefrischt' werden kann ('hidden refresh'), kann es auf einzigartige Weise eine energieeffiziente Speichertechnologie mit hoher Bandbreite und langer Lebensdauer für das KI-Zeitalter liefern. Zu den Hauptmerkmalen des flächenbasierten ReRAM von 4DS gehören die folgenden: Flächenbasierte Programmierung mit niedriger Stromdichte, hohe Ausdauer und Skalierbarkeit mit dem Technologieknoten; hohe Reaktionsfähigkeit mit einer extrem schnellen Single-Shot-Schreibzeit von 4,7 ns, um eine niedrige Energie pro Bit bei DRAM-Geschwindigkeiten zu liefern; persistenter Speicher mit hoher Bandbreite für Hochleistungs-Datensicherung; Speicher mit hoher Ausdauer mit bis zu 109 nachgewiesener Ausdauer; dynamische Partitionierung: Sektoren mit hoher Ausdauer und hoher Speicherkapazität können dynamisch zugewiesen werden, wobei die Speicherkapazität von Stunden über Tage bis hin zu Monaten reichen kann; hohe Skalierbarkeit und Dichte w 20-nm-Zelle, die im vierten Quartal 2024 demonstriert werden soll; einfache Integration in jeden fortschrittlichen CMOS-Prozess unter Verwendung von Standard-Fertigungsanlagen. 4DS hat mit dem belgischen imec - einem weltweit führenden Forschungs- und Innovationszentrum für Nanoelektronik und digitale Technologien - eine Entwicklungsvereinbarung für einen 20-nm-MB-Chip mit 1,6B Elementen geschlossen, der 2024 bei imec getestet werden soll.PCMO ReRAM gehört zu einer Klasse von Interface Switching ReRAM, bei der der Schaltmechanismus auf den Schnittstelleneigenschaften der Zelle basiert.

Genauer gesagt, ist der gesamte Schnittstellenbereich an der Umschaltung beteiligt, weshalb sie manchmal auch als flächenbasierte Umschaltung bezeichnet wird. Die Sauerstoffionen, die die Leitung durch die Zelle ermöglichen, werden durch den elektrischen Feldimpuls in die Zelle hinein und aus ihr heraus bewegt. Wenn dieser Sauerstoff vorhanden ist, leitet die Zelle und man sagt, dass sie SET ist.

Wenn der Sauerstoff entfernt wird, geht der Strompfad verloren und die Zelle wird als RESET bezeichnet. Da die gesamte Grenzfläche betroffen ist, wird die Stromdichte auf einem Minimum gehalten, was zu der hohen Ausdauer der Zelle beiträgt.