CHIP.co.id -
Teknologi hard disk mendatang harus lebih kompak, lebih murah, dan cepat
daripada SSD berbasis Flash.
Saat ini SSD sedang
menjadi tren. Hard disk berbasis teknologi Flash memory ini mudah ditemukan di
berbagai perangkat keluaran baru, seperti iPad, smartphone, notebook, bahkan
PC. Beberapa produsen PC telah mengganti storage hard disk magnetik menjadi SSD
untuk alasan kecepatan. Padahal, awalnya teknologi Flash ini tidak dirancang
untuk penyimpanan massal karena memoru semi konduktor ini terlalu lambat
bekerja. RAM dan CPU PC bahkan dapat memproses data 20 kali lebih cepat
dibandingkan proses baca dan tulis pada SSD berbasis Flash.
Kini, banyak perusahaan
berkompetisi dalam mengembangkan teknologi pengganti SSD. Milyaran dolar telah
diinvestasikan oleh perusahaan-perusahaan besar seperti IBM, Toshiba, atau
Fujitsu untuk mengembangkan teknologi penyimpan data supercepat. Mereka telah
memiliki sumber daya yang banyak untuk meneliti lusinan metoda baru yang lebih
cepat, lebih tahan banting, dan lebih hemat listrik daripada SSD. Beberapa
teknologi baru kini telah muncul sebagai pengganti SSD. Teknologi seperti MRAM,
FeRAM, PCM dan lainnya mulai disiapkan untuk dipasarkan paling tidak di awal
tahun 2013.
Pengganti Flash memang
sangat dibutuhkan karena pengembangan teknologi Flash telah mencapai batas
maksimal. Sel-selnya sulit diperkecil lagi untuk mencapai kapasitas simpan yang
lebih besar. Selain itu, usia pakai dan konsumsi listrik juga sulit
dioptimalkan lebih jauh lagi. Penyebabnya terletak pada cara kerja sel Flash
(lihat kanan atas). Pada dasarnya, sel Flash merupakan sebuah transistor dengan
tiga kontak di dalamnya, yaitu untuk sumber listrik, saluran kendali, dan
output. Saluran kendali memungkinkan arus listrik mengalir atau tidak, sesuai
dengan prinsip "1" (mengalir) atau "0" (tidak mengalir).
Sebenarnya, CPU dan RAM juga terdiri atas transistor. Namun, begitu komputer
dimatikan, data di dalamnya langsung hilang. Oleh karena itu, sel Flash
memiliki sebuah elemen lainnya, Floating Gate, yang dapat menyimpan muatan
listrik secara permanen dalam bentuk elektron.
Gate ini berisi muatan
dengan tegangan antara 10-20 Volt. Sel-selnya dibaca dengan arus pengukur yang
lemah. Apabila arus mengalir dari sumber ke output, gate dalam kondisi tidak
bermuatan dan sel memiliki nilai "1". Namun, jika arus terputus, gate
memiliki muatan dan nilainya "0".
Masalah utama storage
berbasis Flash adalah untuk proses tulis dan hapus memerlukan arus listrik yang
lebih kuat. Oleh karena itu, elemen Floating Gate (yang pada kenyataannya
"memegang" elektron dengan buruk) membutuhkan tambahan isolasi tebal
yang dapat dilalui elektron bertegangan tinggi. Namun, tegangan tinggi ini akan
memperpanjang waktu akses karena setiap kali harus dibangun. Hal ini tentunya
dapat memperpendek usia sel karena sebagian kecil dari lapisan isolator akan
hilang setiap kali muatan diisi atau dikosongkan.
Sel-sel Flash dalam SSD
biasa rata-rata hanya tahan 10.000 proses tulis dan setelah itu tidak dapat
digunakan lagi. Kepekaan sel Flash ini menuntut controller yang rumit dan
pintar untuk proses tulis yang canggih. Dengan terus berkembangnya teknologi
baru, kini lapisan isolasi bisa dibuat semakin tipis, tetapi dapat menambah
usia pakai.
SONOS Memory: Jebakan
elektron untuk efisiensi
Teknologi yang
dikembangkan oleh perusahaan seperti Philips dan Spansion ini mampu mengurangi
tegangan yang dibutuhkan sebanyak 50% dibanding teknologi Flash. Dengan begitu,
kemampuan sel meningkat hingga 10.000 lebih banyak untuk proses tulis dibanding
menggunakan teknologi Flash. Sel SONOS dibangun serupa Flash, tetapi elemen
Floating Gate-nya bukan dari silicium, tetapi dari silicium-nitrit yang struktur
molekularnya lebih merata dan dapat memegang elektron dengan lebih stabil.
Dengan demikian, isolasi bisa lebih tipis dan sederhana sehingga dapat
diproduksi dengan lebih kompak dan sederhana daripada Flash.
Sel SONOS juga hanya
membutuhkan tegangan 5-8 Volt untuk proses baca dan tulis sehingga mampu
menyediakan data lebih cepat dibanding Flash. SONOS dibangun secara
konvensional dan sudah jauh berkembang. Idenya sendiri berasal dari tahun 60-an
dan chip pertama dibuat tahun 70-an. Militer dan penerbangan luar angkasa telah
menggunakan sel SONOS dalam perangkat-perangkat yang tidak boleh peka terhadap
pancaran radioaktif. Untuk pasar massal, sampai saat ini miniaturisasi dan
produksi yang murah masih belum memadai. Namun, teknologi ini sudah siap sedia
jika Flash sudah tidak bisa berkembang lagi.
FeRAM: Usia pakai lebih
panjang
Klik
Gambar untuk Lebih Jelas
Sel Flash dapat mencapai
10.000 proses tulis. FeRAM drive didesain mampu bertahan hingga 10 miliar
proses tulis. Angka ini sudah mendekati penggunaan "unlimited". Para
peneliti dari Ramtron, Fujitsu, dan Texas Instruments sedang mengembangkan teknologi
ini. Berbeda dengan Flash dan SONOS, FeRAM (ferro-electrical RAM) mampu
menyimpan informasi dengan cara menggeser atom, sebuah sistem yang teoritis
dapat diulang hampir tanpa batas. Prototipe sel ini sudah ada sejak era 80-an.
Saat ini, miniaturisasinya sudah mencapai ukuran produksi 130 nm, masih belum
setara dengan sel Flash yang berukuran 20 nm. Namun, ukuran ini sudah memadai
untuk produk-produk TI yang ada saat ini.
Pada FeRAM, arus melalui
sebuah ferro-elektrikum. Dalam struktur material ini, arus tulis dapat
menggeser atom-atom ke atas atau ke bawah. Hal ini mengubah kemampuan
menghantarkan listrik material. Kelebihan FeRAM diantaranya adalah proses tulis
hanya membutuhkan tegangan rendah. Dengan demikian, konsumsi listrik dapat
berkurang hingga 50-25% dari semula. Kinerja tulis juga lebih baik dibanding
Flash. Proses polarisasi pada FeRAM sangat cepat sehingga siklus tulis 150
nanodetik 1 Bit dapat ditulis sekitar 67 kali lebih cepat daripada Flash yang
membutuhkan 10 milidetik.
Modul dengan FeRAM antara
lain diproduksi Fujitsu dan Texas Instruments untuk micro-controller. Saat ini,
biaya simpan per Bit masih sangat mahal sehingga teknik ini baru diaplikasikan
pada elektronik perangkat kendali airbag atau dalam teknologi kedokteran.
MRAM: Magnet menyimpan
informasi selamanya
Seperti FeRAM,
Magneto-resistive RAM (MRAM) juga dirancang untuk bertahan lama dan sangat
cepat. Namun, keduanya berbeda dalam prinsip kerja FeRAM. MRAM menggunakan
gagasan inti magnet dari tahun 50-an, tetapi mengonversinya ke dalam dunia IC
yang sangat kecil. Info disimpan sebagai kutub magnetik yang tahan lama, tetapi
mudah diubah-ubah tanpa batasan sekian siklus.
Prinsip kerjanya: Dua
batang magnet diletakkan berdampingan (yang satu memiliki arah polarisasi tetap
dan lainnya dapat diubah dengan arus kendali ke arah yang sama atau
berlawanan). Apabila arahnya sama, hambatan berkurang bagi arus baca yang
melalui kedua elemen. Jika arahnya berbeda, hambatan akan meningkat. MRAM
memiliki kemampuan reaksi yang cepat (teoritis hingga 1 nanodetik). Dengan begitu,
sel bisa ditulisi hingga 1.000 kali lebih cepat dibanding Flash. Sebuah image
DVD 8 GB bisa disimpan dalam waktu 0,02 detik pada sebuah SSD berbasis MRAM,
dibanding 21 detik pada Flash.
Namun, dalam prakteknya
masih ditemukan sedikit masalah. Pada clockspeed di atas 400 MHz, magnet saling
mempengaruhi. Sebuah proyek penelitian di Physikalish-Technische Bundesanstalt
di Braunschweig telah berhasil menyingkirkan masalah ini dengan menggabungkan
beberapa sel MRAM menjadi satu elemen. Dengan begitu, performa MRAM juga
meningkat 5 kali lipat.
Seperti calon pengganti
Flash lainnya, saat ini chip MRAM telah diproduksi, tetapi baru digunakan
secara terbatas pada bidang-bidang khusus, seperti penerbangan luar angkasa.
Namun, keseriusan perusahaan seperti IBM, Toshiba, dan NEC dalam mengembangkan
teknologi ini, memungkinkan MRAM untuk diproduksi secara massal di
tahun-tahun mendatang.