नॉन-वोलेटाइल रैंडम-एक्सेस मेमोरी

गैर-वाष्पशील रैंडम एक्सेस मेमोरी (एनवीआरएएम) रैंडम-एक्सेस मेमोरी है जो लागू शक्ति के बिना डेटा को निरंतर रखती है। यह गतिशील रैंडम-एक्सेस मेमोरी (DRAM) और स्थिर रैंडम-एक्सेस मेमोरी (SRAM) के विपरीत है, जो दोनों डेटा को एकमात्र बनाए रखते हैं जब तक कि पावर लागू होती है, या अनुक्रमिक एक्सेस मेमोरी के रूप में अनुक्रमिक-एक्सेस मेमोरी जैसे चुंबकीय टेप, जिसे अव्यवस्थित ढंग से एक्सेस नहीं किया जा सकता है किन्तु जो विद्युत शक्ति के बिना डेटा को अनिश्चित काल तक बनाए रखता है।

ऑटोमोटिव इग्निशन सिस्टम कंट्रोल या घरेलू उपकरण जैसे अंतः स्थापित प्रणाली में सिस्टम फर्मवेयर को स्टोर करने के लिए केवल पढ़ने के लिये मेमोरी डिवाइस का उपयोग किया जा सकता है। उनका उपयोग कंप्यूटर सिस्टम को बूटस्ट्रैपिंग करने के लिए आवश्यक प्रारंभिक प्रोसेसर निर्देशों को रखने के लिए भी किया जाता है। रीड-राइट मेमोरी का उपयोग अंशांकन स्थिरांक, पासवर्ड या सेटअप जानकारी को स्टोर करने के लिए किया जा सकता है, और इसे microcontroller में एकीकृत किया जा सकता है।

यदि कंप्यूटर सिस्टम की मुख्य मेमोरी गैर-वाष्पशील होती है, तो यह बिजली की रुकावट के बाद सिस्टम को प्रारंभ करने के लिए आवश्यक समय को बहुत कम कर देगी। वर्तमान उपस्थित प्रकार की सेमीकंडक्टर गैर-वाष्पशील मेमोरी में आकार, बिजली की खपत या परिचालन जीवन की सीमाएँ होती हैं जो उन्हें मुख्य मेमोरी के लिए अव्यावहारिक बनाती हैं। निरंतर मेमोरी के रूप में सिस्टम की मुख्य मेमोरी के रूप में गैर-वाष्पशील मेमोरी चिप्स के उपयोग के लिए विकास चल रहा है। NVDIMM#Types|NVDIMM-P के नाम से जाने वाली लगातार मेमोरी के लिए मानक 2021 में प्रकाशित किया गया है।

प्रारंभिक एनवीआरएएम
प्रारंभिक कंप्यूटर कोर और मुख्य स्मृति सिस्टम का उपयोग करते थे जो उनके निर्माण के उपोत्पाद के रूप में गैर-वाष्पशील थे। 1960 के दशक के समय मेमोरी का सबसे आम रूप मैग्नेटिक-कोर मेमोरी था, जो डेटा को छोटे चुम्बकों की ध्रुवीयता में संग्रहीत करता था। चूँकि चुम्बकों ने शक्ति को हटाने के बाद भी अपनी स्थिति को बनाये रखा, कोर मेमोरी भी गैर-वाष्पशील थी। अन्य मेमोरी प्रकारों में डेटा को बनाए रखने के लिए निरंतर शक्ति की आवश्यकता होती है, जैसे कि वेक्यूम - ट्यूब या सॉलिड-स्टेट फ्लिप-फ्लॉप (इलेक्ट्रॉनिक्स) | फ्लिप-फ्लॉप, विलियम्स ट्यूब और सेमीकंडक्टर मेमोरी (स्थैतिक या गतिशील रैम)है|

1970 के दशक में अर्धचालक निर्माण में प्रगति ने ठोस अवस्था (इलेक्ट्रॉनिक्स) यादों की नई पीढ़ी को जन्म दिया जो कि चुंबकीय-कोर मेमोरी लागत या घनत्व पर मेल नहीं खा सकती थी। आज डायनेमिक रैम एक विशिष्ट कंप्यूटर की मुख्य मेमोरी का विशाल बहुमत है। कई प्रणालियों को कम से कम कुछ गैर-वाष्पशील मेमोरी की आवश्यकता होती है। डेस्कटॉप कंप्यूटरों को ऑपरेटिंग सिस्टम को लोड करने के लिए आवश्यक निर्देशों के स्थायी भंडारण की आवश्यकता होती है। एंबेडेड सिस्टम, जैसे कार के लिए एक इंजन नियंत्रण कंप्यूटर, को अपने निर्देशों को बनाए रखना चाहिए जब बिजली हटा दी जाती है। कई प्रणालियों ने इन भूमिकाओं के लिए RAM और ROM के कुछ रूपों के संयोजन का उपयोग किया।

कस्टम रीड-ओनली मेमोरी इंटीग्रेटेड सर्किट एक समाधान थे। मेमोरी सामग्री को एकीकृत सर्किट के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले अंतिम मास्क के पैटर्न के रूप में संग्रहीत किया गया था, और इसलिए इसे पूरा करने के बाद संशोधित नहीं किया जा सकता था।

प्रोग्राम करने योग्य रीड-ओनली मेमोरी में इस डिज़ाइन में सुधार हुआ है, जिससे चिप को एंड-यूज़र द्वारा विद्युत रूप से लिखा जा सकता है। PROM में डायोड एक श्रृंखला होती है जो प्रारंभ में एक मान पर सेट होती है, उदाहरण के लिए सामान्य से अधिक शक्ति लगाने से, एक चयनित डायोड को जलाया जा सकता है ( फ्यूज (विद्युत) की प्रकार जिससे उस बिट को 0 पर स्थायी रूप से सेट किया जा सकता है। PROM ने प्रोटोटाइपिंग और छोटी मात्रा में निर्माण की सुविधा प्रदान की। कई सेमी कंडक्टर निर्माताओं ने अपने मास्क ROM भाग का PROM संस्करण प्रदान किया, जिससे मास्क ROM को ऑर्डर करने से पहले विकास फर्मवेयर का परीक्षण किया जा सके।

वर्तमान में, NV-RAM और EEPROM मेमोरी दोनों का सबसे प्रसिद्ध रूप फ्लैश मेमोरी है। फ्लैश मेमोरी में कुछ कमियों में इसे बड़े ब्लॉकों में लिखने की आवश्यकता है, जिसे कई कंप्यूटर स्वचालित रूप से संबोधित कर सकते हैं, और फ्लैश मेमोरी की अपेक्षाकृत सीमित लंबी उम्र इसकी लिखने-मिटने के चक्रों की सीमित संख्या के कारण होती है (जनवरी 2010 तक अधिकांश उपभोक्ता फ्लैश उत्पादों का सामना कर सकते हैं) स्मृति के बिगड़ने से पहले लगभग 100,000 पुनर्लेखन). एक और दोष प्रदर्शन की सीमाएं हैं जो फ्लैश को प्रतिक्रिया समय से मिलान करने से रोकती हैं और कुछ स्थितियों में, रैम के पारंपरिक रूपों द्वारा प्रदान की जाने वाली यादृच्छिक प्रतिशीलता। कई नई प्रौद्योगिकियां कुछ भूमिकाओं में फ्लैश को बदलने का प्रयास कर रही हैं, और कुछ वास्तव में सार्वभौमिक मेमोरी होने का दावा भी करती हैं, जो फ्लैश की गैर-अस्थिरता के साथ सर्वश्रेष्ठ एसआरएएम उपकरणों के प्रदर्शन की पेशकश करती हैं। जून 2018 तक ये विकल्प अभी तक मुख्यधारा नहीं बन पाए हैं।

जिन लोगों को वास्तविक रैम-जैसे प्रदर्शन और गैर-अस्थिरता की आवश्यकता होती है, उन्हें सामान्यतः पारंपरिक रैम डिवाइस और बैटरी बैकअप का उपयोग करना पड़ता है। उदाहरण के लिए, आईबीएम पीसी और आईबीएम पीसी एटी के साथ प्रारंभ होने वाले उत्तराधिकारियों ने गैर-वाष्पशील BIOS मेमोरी का उपयोग किया, जिसे अधिकांशतः सीएमओएस रैम या पैरामीटर रैम कहा जाता है, यह मूल एप्पल मैकिंटोश जैसे अन्य प्रारंभिक माइक्रो कंप्यूटर सिस्टमों में सामान्य समाधान था, जो स्मृति की एक छोटी मात्रा का उपयोग करता था। चयनित बूट वॉल्यूम जैसी बुनियादी सेटअप जानकारी संग्रहीत करने के लिए बैटरी द्वारा संचालित। (मूल IBM PC और PC XT इसके अतिरिक्त सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन डेटा के 24 बिट तक का प्रतिनिधित्व करने के लिए DIP स्विच का उपयोग करते हैं; DIP या समान स्विच अन्य, प्रकार के प्रोग्रामेबल ROM डिवाइस हैं जो 1970 और 1980 के दशक में बहुत कम मात्रा में व्यापक रूप से उपयोग किए गए थे। डेटा-सामान्यतः 8 बाइट्स से अधिक नहीं।) IBM PC आर्किटेक्चर पर उद्योग मानकीकरण से पहले, कुछ अन्य माइक्रो कंप्यूटर मॉडल बैटरी-समर्थित RAM का अधिक व्यापक रूप से उपयोग करते थे: उदाहरण के लिए, TRS-80 मॉडल 100/टैंडी 102 में, सभी मुख्य मेमोरी (8 KB न्यूनतम, 32 KB अधिकतम) बैटरी-समर्थित SRAM है। इसके अतिरिक्त, 1990 के दशक में कई वीडियो गेम सॉफ़्टवेयर कार्ट्रिज (जैसे धीमी उत्पत्ति जैसे कंसोल के लिए) में सहेजे गए गेम, उच्च स्कोर और इसी प्रकार के डेटा को बनाए रखने के लिए बैटरी-समर्थित रैम सम्मलित थी। इसके अतिरिक्त, कुछ आर्केड वीडियो गेम कैबिनेट में सीपीयू मॉड्यूल होते हैं जिनमें बैटरी-समर्थित रैम सम्मलित होती है जिसमें ऑन-द-फ्लाई गेम सॉफ़्टवेयर डिक्रिप्शन के लिए कुंजी होती है। बहुत बड़ी बैटरी समर्थित मेमोरी का उपयोग आज भी हाई-स्पीड डेटाबेस के लिए कैश (कंप्यूटिंग) के रूप में किया जाता है, जिसके लिए एक प्रदर्शन स्तर की आवश्यकता होती है, नए NVRAM डिवाइस अभी तक पूरा नहीं कर पाए हैं।

फ़्लोटिंग-गेट MOSFET
एनवीआरएएम प्रौद्योगिकी में एक बड़ी प्रगति फ्लोटिंग-गेट MOSFET ट्रांजिस्टर की प्रारंभ थी, जिसके कारण इरेजेबल प्रोग्रामेबल रीड-ओनली मेमोरी, या ईपीरोम की प्रारंभ हुई। EPROM में ट्रांजिस्टर ग्रिड होता है जिसका गेट टर्मिनल (स्विच) एक उच्च गुणवत्ता वाले इन्सुलेटर द्वारा संरक्षित होता है। उच्च-से-सामान्य वोल्टेज के आवेदन के साथ इलेक्ट्रॉनों को आधार पर धकेलने से, इलेक्ट्रॉन इन्सुलेटर के दूर की ओर फंस जाते हैं, जिससे ट्रांजिस्टर स्थायी रूप से चालू हो जाता है (1)। ईपीरोम को पराबैंगनी प्रकाश (यूवी) लगाकर आधार स्थिति (डिजाइन के आधार पर सभी 1 एस या 0 एस) पर फिर से सेट किया जा सकता है। यूवी फोटोन में इन्सुलेटर के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को धक्का देने और आधार को जमीनी स्थिति में वापस करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। उस समय EPROM को स्क्रैच से फिर से लिखा जा सकता है।

जल्द ही EPROM, EEPROM में सुधार किया गया | अतिरिक्त ई विद्युत रूप से खड़ा है, यूवी के अतिरिक्त बिजली का उपयोग करके ईईपीरोम को रीसेट करने की क्षमता का जिक्र करते हुए, उपकरणों को अभ्यास में उपयोग करना बहुत आसान बनाता है। ट्रांजिस्टर के अन्य टर्मिनलों (स्रोत और नाली) के माध्यम से बिट्स को और भी उच्च शक्ति के अनुप्रयोग के साथ फिर से सेट किया जाता है। यह उच्च शक्ति पल्स, प्रभाव में, इन्सुलेटर के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को चूसता है, इसे जमीनी स्थिति में लौटाता है। इस प्रक्रिया में चिप को यांत्रिक रूप से खराब करने का हानि होता है, चूंकि, फ्लोटिंग-गेट ट्रांजिस्टर पर आधारित मेमोरी सिस्टम में सामान्य रूप से 10 के क्रम में कम लेखन-जीवन काल होता है।5 किसी विशेष बिट को लिखता है।

पुनर्लेखन गणना सीमा पर काबू पाने के लिए एक दृष्टिकोण एक मानक छाया रैंडम एक्सेस मेमोरी है जहां प्रत्येक बिट को EEPROM बिट द्वारा समर्थित किया जाता है। सामान्य ऑपरेशन में चिप एक तेज़ SRAM के रूप में कार्य करती है और बिजली की विफलता के स्थितियों में सामग्री को जल्दी से EEPROM भाग में स्थानांतरित कर दिया जाता है, जहाँ से यह अगली पावर अप पर वापस लोड हो जाती है। ऐसे चिप्स को NOVRAMs कहा जाता था उनके निर्माताओं द्वारा फ्लैश मेमोरी का आधार ईईपीरोम के समान है, और आंतरिक लेआउट में अधिक हद तक अलग है। फ्लैश अपनी मेमोरी को एकमात्र ब्लॉक में लिखने की अनुमति देता है, जो आंतरिक वायरिंग को बहुत सरल करता है और उच्च घनत्व की अनुमति देता है। अधिकांश कंप्यूटर मेमोरी सिस्टम में मेमोरी स्टोरेज घनत्व लागत का मुख्य निर्धारक है, और इस फ्लैश के कारण उपलब्ध सबसे कम लागत वाली सॉलिड-स्टेट मेमोरी डिवाइस में से विकसित हुई है। अधिकतर 2000 से प्रारंभ होकर,अधिक मात्रा में फ्लैश की मांग ने निर्माताओं को घनत्व बढ़ाने के लिए एकमात्र नवीनतम निर्माण प्रणालियों का उपयोग करने के लिए प्रेरित किया है। चूंकि निर्माण की सीमाएं प्रारंभ हो रही हैं, नई मल्टी-लेवल सेल मल्टी-बिट कार्यपद्धतिें उपस्थित लाइनविड्थ पर भी घनत्व को दोगुना या चौगुना करने में सक्षम प्रतीत होती हैं।

व्यावसायीकृत विकल्प
फ़्लैश और EEPROM का सीमित लेखन-चक्र किसी भी वास्तविक RAM-जैसी भूमिका के लिए एक गंभीर समस्या है। इसके अतिरिक्त, कोशिकाओं को लिखने के लिए आवश्यक उच्च शक्ति कम-शक्ति वाली भूमिकाओं में एक समस्या है, जहां अधिकांशतः एनवीआरएएम का उपयोग किया जाता है। बिजली को चार्ज पंप के रूप में जाने वाले डिवाइस में निर्मित होने के लिए भी समय की आवश्यकता होती है, जो पढ़ने की समानता में नाटकीय रूप से धीमी गति से लिखता है, अधिकांशतः 1,000 गुना तक। इन कमियों को दूर करने के लिए कई नए मेमोरी डिवाइस प्रस्तावित किए गए हैं।

फेरोइलेक्ट्रिक रैम
आज तक, व्यापक उत्पादन में प्रवेश करने वाली एकमात्र ऐसी प्रणाली फेरोइलेक्ट्रिक रैम, या एफ-रैम (कभी-कभी FeRAM के रूप में संदर्भित) है। एफ-रैम एक रैंडम-एक्सेस मेमोरी है जो डायनेमिक रैंडम एक्सेस मेमोरी के निर्माण के समान है किन्तु (डीआरएएम की प्रकार एक ढांकता हुआ परत के अतिरिक्त) में लीड जिरकोनेट टाइटेनेट की एक पतली फेरोइलेक्ट्रिक फिल्म होती है[।Pb(Zr,Ti)O3], सामान्यतः PZT के रूप में जाना जाता है। PZT में Zr/Ti परमाणु एक विद्युत क्षेत्र में ध्रुवीयता को बदलते हैं, जिससे बाइनरी स्विच का निर्माण होता है। रैम उपकरणों के विपरीत, पीजेडटी क्रिस्टल ध्रुवीयता बनाए रखने के कारण बिजली बंद या बाधित होने पर एफ-रैम अपनी डेटा मेमोरी को निरंतर रखता है। इस क्रिस्टल संरचना के कारण और यह कैसे प्रभावित होता है, एफ-रैम अत्यधिक उच्च सहनशक्ति (10 से अधिक) सहित अन्य गैर-वाष्पशील स्मृति विकल्पों से अलग गुण प्रदान करता है।(16 3.3 V डिवाइस के लिए एक्सेस साइकल), बहुत कम बिजली की खपत (चूंकि F-RAM को अन्य गैर-वाष्पशील मेमोरी की प्रकार चार्ज पंप की आवश्यकता नहीं होती है), सिंगल-साइकिल राइट स्पीड, और गामा रेडिएशन टॉलरेंस। रामट्रॉन इंटरनेशनल ने फेरोइलेक्ट्रिक रैम (एफ-रैम) का विकास, उत्पादन और लाइसेंस प्राप्त किया है, और एफ-रैम कार्यपद्धति का लाइसेंस और उत्पादन करने वाली अन्य कंपनियों में टेक्सस उपकरण रोहम और द्रोह सम्मलित हैं।

मैग्नेटोरेसिस्टिव रैम
प्रमुख विकास प्रयासों को देखने के लिए एक अन्य दृष्टिकोण मैग्नेटोरेसिस्टिव रैंडम-एक्सेस मेमोरी या एमआरएएम है, जो चुंबकीय तत्वों का उपयोग करता है और सामान्य रूप से कोर के समान फैशन में संचालित होता है, कम से कम पहली पीढ़ी की कार्यपद्धति के लिए। आज तक एकमात्र एक एमआरएएम चिप ने उत्पादन में प्रवेश किया है: फ्रीस्केल सेमीकंडक्टर का 4 एमबीटी हिस्सा, जो पहली पीढ़ी का एमआरएएम है जो क्रॉस-पॉइंट फील्ड प्रेरित लेखन का उपयोग करता है। दो दूसरी पीढ़ी की कार्यपद्धति वर्तमान में विकास में हैं: थर्मल असिस्टेड स्विचिंग (टीएएस), जिसे Crocus Technology द्वारा विकसित किया जा रहा है, और स्पिन-ट्रांसफर टॉर्क (STT) जिस पर Crocus, Hynix, IBM और कई अन्य कंपनियां काम कर रही हैं। एसटीटी-एमआरएएम पहली पीढ़ी की समानता में बहुत अधिक घनत्व की अनुमति देता प्रतीत होता है, किन्तु एफईआरएएम के समान कारणों से फ्लैश के पीछे है - फ्लैश बाजार में अत्यधिक प्रतिस्पर्धी दबाव है|

चरण-परिवर्तन रैम
विशुद्ध रूप से प्रायोगिक विकास से अधिक देखने के लिए एक और ठोस-राज्य कार्यपद्धति चरण-परिवर्तन RAM, या PRAM है। PRAM लिखने योग्य बंधा हुआ डिस्क और डीवीडी के समान भंडारण तंत्र पर आधारित है, किन्तु उनके ऑप्टिकल गुणों में परिवर्तन के अतिरिक्त विद्युत प्रतिरोध में उनके परिवर्तनों के आधार पर उन्हें पढ़ता है। कुछ समय के लिए डार्क हॉर्स माने जाने वाले SAMSUNG ने 2006 में 512 Mbit भाग की उपलब्धता की घोषणा की, जो MRAM या FeRAM की समानता में अधिक क्षमता वाला था। इन भागों का क्षेत्रीय घनत्व आधुनिक फ्लैश उपकरणों से भी अधिक प्रतीत होता है, मल्टी-बिट एन्कोडिंग की कमी के कारण कम समग्र भंडारण होता है। इस घोषणा के बाद Intel और STMicroelectronics में से एक ने अक्टूबर में 2006 Intel Developer Forum में अपने स्वयं के PRAM उपकरणों का प्रदर्शन किया।

इंटेल और माइक्रोन प्रौद्योगिकी का 3D XPoint, Optane और QuantX नाम से PRAM डिवाइस बेचने के लिए एक संयुक्त उद्यम था, जिसे जुलाई 2022 में बंद कर दिया गया था। STMicroelectronics ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए फेज-चेंज मेमोरी डिवाइस बनाती है।

मिलीपेड मेमोरी
संभवतः अधिक नवीन समाधानों में से एक IBM Millipede है, जिसे IBM द्वारा विकसित किया गया है। मिलिपेड, संक्षेप में, एक छिद्रित कार्ड है जो क्षेत्र घनत्व को नाटकीय रूप से बढ़ाने के लिए नैनो कार्यपद्धति का उपयोग करके प्रदान किया जाता है। यद्यपि इसे 2003 की शुरुआत में मिलिपेड को पेश करने की योजना बनाई गई थी, किन्तु विकास में अप्रत्याशित समस्याओं ने 2005 तक इसमें देरी की, जिस बिंदु से यह फ्लैश के साथ प्रतिस्पर्धी नहीं रह गया था। सिद्धांत रूप में प्रौद्योगिकी 1 Tbit/in² (≈155 Gbit/cm) के क्रम में भंडारण घनत्व प्रदान करती है।2), वर्तमान में उपयोग की जा रही सर्वश्रेष्ठ हार्ड ड्राइव कार्यपद्धतिों से भी अधिक (लंबवत रिकॉर्डिंग 636 Gbit/in² (≈98.6 Gbit/cm) प्रदान करती है2) दिसंबर 2011 तक ), किन्तु भविष्य में हीट-असिस्टेड मैग्नेटिक रिकॉर्डिंग और पैटर्न वाले मीडिया मिलकर 10 Tbit/in² के घनत्व का समर्थन कर सकते हैं (≈1.55 टीबीटी/सेमी2). यद्यपि, स्मृतियों के लिए धीमी गति से पढ़ने और लिखने का समय इस बड़े पैमाने पर इस कार्यपद्धति को हाई-स्पीड रैम-जैसे उपयोगों के विपरीत हार्ड ड्राइव प्रतिस्थापन तक सीमित करता है, यद्यपि बहुत बड़ी हद तक फ्लैश के लिए भी यही सच है।

FeFET मेमोरी
(हेफ़नियम ऑक्साइड आधारित) फेरोइलेक्ट्रिक्स का एक वैकल्पिक अनुप्रयोग Fe FET आधारित मेमोरी है, जो एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के गेट और डिवाइस के बीच फेरोइलेक्ट्रिक का उपयोग करता है। इस प्रकार के उपकरणों का लाभ होने का दावा किया जाता है कि वे एचकेएमजी (हाई-एल मेटल गेट) आधारित लिथोग्राफी के समान कार्यपद्धति का उपयोग करते हैं, और किसी दिए गए प्रक्रिया नोड पर पारंपरिक एफईटी के समान आकार के पैमाने पर होते हैं। 2017 तक 32 एमबीटी डिवाइस 22 एनएम पर प्रदर्शित किए गए हैं।

यह भी देखें

 * नोवा (फाइलसिस्टम)
 * स्पिन-ट्रांसफर टॉर्क
 * स्पिंट्रोनिक्स
 * यूईएफआई

बाहरी संबंध

 * Supporting filesystems in persistent memory, LWN.net, September 2, 2014, by Jonathan Corbet