Pc-geheugen kan véél sneller

Herbert Blankesteijn

Wat een slaapverwekkend bericht. Alles in en aan computers wordt voortdurend sneller. Het zou nieuws zijn als dat ophield.

Dat dacht Beet zelf ook bij het nieuws dat onderzoekers van de universiteit van Nijmegen in samenwerking met Siemens snellere computergeheugens hadden gefabriceerd. Dat ze dit in Nature hadden gepubliceerd maakte het al interessanter. Maar toen de toename in snelheid een factor honderd bleek te zijn, was Beet onmiddellijk klaar wakker. We hebben het hier over werkgeheugen voor de computer, oftewel RAM (Random Access Memory). In menselijk termen: in RAM zit de parate kennis van de computer: de programma's die zijn geladen en de data die onder behandeling zijn.

De laatste vijftien jaar volgen de soorten RAM-geheugen elkaar snel op. Rond 1990 had je Fast Page Mode-geheugen in je 386- of 486-pc. Daarna kwamen de Pentium-computers met Windows 95, en die hadden meestal EDO-RAM. Dat werd weer opgevolgd door SDRAM, deze door DDR, een aangepaste vorm van SDRAM, en door Rambus, die speciaal in combinatie met de huidige Pentium 4 wordt gebruikt.

Al deze soorten geheugen verschillen in de manier waarop informatie wordt uitgelezen. De winst in snelheid is bij elke overgang in de orde van tien procent geweest. Overigens wordt de meeste snelheidswinst geboekt op andere manieren: door meer bits tegelijk van en naar het geheugen te sturen of door dat te doen met een hogere frequentie. Dit soort verbeteringen vindt minder frequent plaats, maar levert meestal een snelheidsverhoging op met een factor twee: bijvoorbeeld van 16 bits naar 32 bits tegelijk.

Het gaat in de genoemde gevallen steeds om dynamisch geheugen. Dat wil zeggen dat de bits worden vertegenwoordigd door een beetje electrische lading in een microscopische condensator. Omdat deze lading pleegt weg te lekken, moet het geheugen vele malen per seconde worden ververst. Dynamische geheugens consumeren dus stroom. Dat betekent dat ze batterijen leegzuigen, en als de stroom uitvalt is alles weg. Er bestaat ook statisch geheugen, maar dat is te duur en te groot om te gebruiken als werkgeheugen.

Het nieuws over het onderzoek door Nijmegen en Siemens betreft geheugen volgens een nieuw principe, namelijk magnetische RAM, oftewel MRAM. Nieuw in die zin dat dit soort geheugen nooit op grote schaal in apparaten is gebruikt. Wel wordt er al bijna dertig jaar onderzoek naar gedaan, in het bijzonder door IBM. MRAM bestaat niet uit schakelingen van silicium en verwante materialen, maar uit magnetische metaallegeringen, bijvoorbeeld ijzer-mangaan. Een bit wordt gerepresenteerd door een stukje van dat materiaal dat de ene of de andere kant op is gemagnetiseerd. Zo wordt ook op een harde schijf informatie opgeslagen, maar MRAM heeft geen bewegende delen, lees- of schrijfkoppen. De gegevens worden geschreven en gelezen via permanente draadverbindingen net als bij dynamisch geheugen. De onderzoekers van Nijmegen en Siemens hebben pulsvormen ontwikkeld waarmee de magnetische bits én extreem snel, én stabiel en betrouwbaar kunnen worden geschakeld. De snelheid is 200 picoseconde, dat is een vijfde deel van een miljardste seconde - honderd keer zo snel als de snelste productiegeheugens van het moment.

Omdat magnetisme niet weglekt, houden deze geheugens hun informatie vast. Ze zijn dus behalve sneller ook minder kwetsbaar en zuiniger. Nu moeten ze nog goedkoper worden. Motorola heeft al een proefchip gemaakt van 256 kb en werkt aan een van 4 Mb, die volgend jaar af moet zijn. De verwachting is dat de eerste MRAM chips in 2004 de consumentenmarkt bereiken. Daarna moet het snel gaan. Goedkope massaproductie zou ertoe kunnen leiden dat Windows op een dag niet meer wordt gestart vanaf een harddisk, maar uit een razendsnelle statische geheugenchip. Opstarttijd: hooguit enkele seconden. Als is het natuurlijk denkbaar dat op de dag dat deze droom werkelijkheid wordt, MRAM alweer is opgevolgd door een ander type geheugen.