Súčasný boom digitálnej fotografie a multimédií zvyšuje dopyt po pamäťových kartách a navyše tlačí na zvyšovanie ich kapacity a výkonu, zmenšovanie rozmerov a zlepšovanie ochrany dát. Nárast rozlíšenia digitálnych fotoaparátov na 8 Mpix a viac síce vyvoláva otázku načo je to okrem veľkoplošných fotografií dobré, zároveň však kladie čoraz väčšie nároky na pamäťovú kapacitu použitých médií.

V súvislosti s prienikom multimédií do mobilných telefónov sa pre pamäťové karty otvára nový bezbrehý trh. Prvé lastovičky so zabudovaným megapixelovým fotoaparátom už máme aj u nás, v roku 2005 ich isto vystrieda masovejšie zastúpenie na trhu a zrejme v tom istom roku sa dočkáme aj "dvojmegapixelov" v mobiloch, ktoré sú aktuálnym hitom v Japonsku.

Nechajme bokom úvahy, či má zmysel zdokonaľovať integrované fotoaparáty v mobiloch, keď vďaka miniaturizácii ich rozmerov nie je možné do prístrojov dostať ani podpriemernú optiku. Úlohou vývojárov je, aby s použitím invencie dosiahli akceptovateľnú kvalitu snímok a okrem užívateľov tak uspokojili aj ďalších zainteresovaných, medzi ktorými sú mobilní operátori na poprednom

mieste.

Do roku 2006 budú pamäťové karty pod taktovkou polovodičov

V súčasnosti dostupné kapacity CompactFlash pamätí na masovom trhu dosahujú 1 až 4GB (aj keď sa už objavila prezentácia CF karty spoločnosti Pretec s kapacitou 12GB! za ťažko akceptovateľnú cenu 14 900 USD), v prípade Memory Stick Pro sa maximálne kapacity pohybujú na hranici 512 MB až 1GB.

Ďalšie požiadavky na rast kapacity a výkonu, najmä rýchlosti prenosu dát sú diktované okrem digitálnych fotoaparátov s vysokým rozlíšením aj rozšírením multifunkčných zariadení vrátane mobilných telefónov s funkciami na prehliadanie videa. Kapacity dnešných pamäťových kariet sú však pre záznam dlhých filmov nedostatočné.

K posilneniu kapacity polovodičových pamäťových kariet vedú v zásade dve cesty. Tou prvou je zvyšovanie hustoty integrácie pamäťových buniek na jednotku plochy. Dnes používaná špičková 90 nanometrová technológia bude na prelome rokov 2005/2006 nahradená technológiou 55 - 70 nm a v rokoch 2006/2007 by mala byť komerčne dostupná 45 nm technológia, ktorá je odbornej verejnosti prezentovaná už dnes.

Ďalšou cestou je zvýšenie počtu bitov zaznamenaných v jednej pamäťovej bunke, tzv. multi-level cell (MLC) technológia. Pri použití MLC technológie obsiahne každá bunka 2 bity binárnej informácie oproti jednému bitu v tradičných pamätiach (objavili sa aj pokusy zaznamenať 4 bity na bunku). Spoločnosť Toshiba uviedla prvé flash pamäte s dvoma bitmi na bunku na trh už v roku 2001. V súčasnosti FlashVision Japan, spoločný podnik Toshiby a amerického výrobcu pamätí SanDisk pripravuje hromadnú výrobu 4GB flash pamätí využívajúcich MLC technológiu. Obidve metódy je možné kombinovať, ale zmenšovanie rozmerov pamäťových buniek prináša mnohé technologické problémy, ktoré je potrebné vyriešiť. Patria k ním riziká interferencie medzi pamäťovými bunkami a komplikácie pri expozícii polovodičového substrátu počas litografie pri výrobe čipov. Kvôli malým rozmerom jednotlivých prvkov je potrebné používať svetlo s kratšou vlnovou dĺžkou, ktorého fotóny však disponujú vyššou energiou, pričom hrozí riziko ionizácie atómov polovodiča.

Trochu odlišnú vetvu vývoja predstavujú miniatúrne hard disky - tie v poslednom čase predstavili viacerí výrobcovia. Momentálne najmenší mini hard disk o rozmeroch š x d x h: 24 mm x 32 mm x 3,5 resp. 5 mm (pre kapacity 2 GB, alebo 4 GB) hodlá na trh ešte do konca roku 2004 uviesť Toshiba. Okrem hrúbky, ktorá je o 1,1 resp. 2,9 mm väčšia v porovnaní s SD pamäťovými kartami, je

istou nevýhodou aj vyššia prúdová spotreba v porovnaní s polovodičovými pamäťami. Cena na 1GB pamäťového priestoru hovorí naopak v prospech mikro hard diskov.

Renesancia "diernych štítkov", holografia alebo OUM?

Stále viac signálov od technologických lídrov naznačuje, že budúcnosť pamäťových kariet možno nebude spojená s polovodičovými pamäťami na báze tranzistorov a historické žezlo prevezmú nevolatilné (na napájaní nezávislé) beztranzistorové pamäte. Takými sú aj dnes bežne používané pamäťové médiá ako hard disky, diskety, CD a DVD. Ich problémom sú popri rýchlosti zápisu a čítania najmä rozmery, azda s výnimkou vyššie spomenutých mikro hard diskov, preto príliš nevyhovujú pre použitie v prenosných, hlavne vreckových zariadeniach. Náhradu pamäťových kariet okrem toho nebudeme hľadať v diskových médiách, ich reálnou alternatívou sa môžu stať len nové typy RAM, prípadne ROM pamätí.

Viaceré technológie našťastie vyzerajú nádejne

Vo februári 2004 predstavila japonská firma NTT prototyp pamäťovej karty Info-MICA. Karta, ktorá využíva záznam na princípe dvojrozmerných hologramov mala pri veľkosti poštovej známky kapacitu 1GB.

Takouto kapacitou by mala karta Info-MICA disponovať aj pri komerčnom uvedení na trh v budúcom roku. Potenciál technológie je však omnoho vyšší, hustota záznamu dosahuje totiž až 1,7 gigabitov na štvorcový palec, čo umožní pri využití 100-vrstvovej štruktúry dosiahnuť v budúcnosti kapacitu až 25 GB na kartu. Nevýhodou je, že v súčasnosti je táto karta určená len na čítanie údajov, ide teda o pamäť typu ROM, ale NTT počíta pri ďalšom vývoji aj s prepisovateľnými verziami týchto pamätí. Výhodou je naopak relatívne nízka cena japonskej technológie. Náklady na čítačku kariet Info-MICA by mali byť niekoľko tisíc jenov (desiatky amerických dolárov) a cena pamäťového média by nemala presiahnuť 200 jenov (cca 60 Sk) pri kapacite 1GB. Nuž pokiaľ sa podarí vyvinúť aj prepisovateľné médiá s touto technológiou, polovodičové karty dostanú vážnu konkurenciu. Dvojnásobne to platí v prípade CD a DVD.

Ďalšou zaujímavou technológiou z oblasti beztranzistorových pamätí je Millipede (stonožka) od firmy IBM. Pozoruhodné je najmä to, že ide o akúsi futurologickú renesanciu princípu diernych štítkov. Millipede používa termomechanický princíp záznamu aj čítania údajov, keď sa v tenkom polymérovom filme pomocou kovových mikrohrotov zahriatych až na 400 stupňov Celzia vytvoria drobné jamky, predstavujúce jednotky informácie. Pri čítaní sa hrot zahreje asi na 300 st. Celzia, čo nestačí na zmenu konzistencie polyméru, ale po zapadnutí do jamky dôjde k čiastočnému ochladeniu hrotu a tým sa zmení jeho elektrický odpor. To umožňuje prečítať uloženú informáciu.

Princíp pamäťových médií IBM Millipede naozaj pripomína dierne štítky

IBM svoju koncepciu pamäte Millipede predstavila v polovici roku 2002, doteraz sa však na trhu neobjavili komerčné produkty. Prototyp používa matricu 1024 hrotov slúžiacich na zápis a čítanie údajov a dosiahol hustotu záznamu až 200 Gbit na štvorcový palec, čo predstavuje potenciálnu kapacitu 500 megabytov na ploche štvorca o strane 3 mm.

Ďalšia generácia Millipede by mala používať matricu 4096 (64 x 64) hrotov na ploche 7x7 mm. Keďže prenos údajov sa uskutočňuje paralelne, na všetkých hrotoch naraz, a po zdokonalení by táto rýchlosť mala prevyšovať 1-2 Mbit/s na každom ramienku, celkovo by mohla pamäť dosahovať rýchlosť čítania jednotky až stovky Gbit/s. Možnosti technológie sú na dnešné časy naozaj ťažko predstaviteľné, keď podľa IBM cieľová hustota záznamu môže dosiahnuť až 114 Tbit (1 terrabit = 1000 gigabitov) na štvorcový palec a prenosovú rýchlosť do 800 Gbit/s. Navyše ide o prepisovateľné pamäte.

Podľa posledných vyjadrení predstaviteľov IBM by sa prvé Millipede pamäte mohli objaviť na trhu v priebehu roku 2005, pokiaľ nenastanú komplikácie. O rok neskôr by mali byť dostupné pamäte o rozmeroch SD flash karty o veľkosti 5 až 10 GB.

Princíp pamätí OUM (Ovonic Unified Memory), ďalšej "horúcej" technológie je pomenovaný podľa svojho vynálezcu Stanforda R. Ovshinského, ktorého firma ECD Ovonics stojí za mnohými progresívnymi riešeniami z oblasti alternatívnych energetických zdrojov, pamätí a médií pre záznam obrazu. Spomeňme len objav batérií NiMH, solárne panely na báze amorfného kremíka, regeneratívne palivové články, alebo optické pamäťové médiá. V roku 2000 vznikol spoločný podnik s firmou Intel pod názvom Ovonyx, ktorý taktiež pracuje na vývoji OUM pamätí. Ide o neexkluzívnu licenciu, vývoju OUM sa preto venujú aj ďalšie spoločnosti, napr. Samsung Electronics.

OUM patria do skupiny tzv. pamätí s fázovou zmenou (Phase Change Memory, PCM).

V aktívnej vrstve používajú chalkogenid, podobný materiál, aký slúži na záznam údajov aj na CD a DVD. Ide o materiál na báze prvkov skupiny VI podľa Mendelejevovej tabuľky (napr. Ge2Se2Tb5), ktorý dokáže meniť svoju kryštalickú štruktúru v závislosti od teploty. Má dva stabilné stavy, resp. fázy - amorfnú s nízkou vodivosťou a kryštalickú, v ktorej sa chová ako polovodič. Na rozdiel od CD a DVD sa však na ohrev aktívnej vrstvy nepoužíva laserový lúč, ale elektrický prúd. Pamäte OUM majú pomerne vysoké energetické nároky vo fáze zápisu, pri čítaní údajov však vykazujú nízku prúdovú spotrebu. Okrem toho majú vysokú stabilitu, bezpečnosť uchovávaných údajov a extrémnu životnosť, keď umožňujú uskutočniť rádovo až 10 biliónov cyklov zápis/výmaz bez straty parametrov.

Napriek zaujímavým vlastnostiam sú OUM stále vo fáze vývoja a ich komerčné využitie nie je zatiaľ aktuálne.

Silnejúce trendy však naznačujú, že v oblasti pamätí pomaly nastupuje post-tranzistorová éra. S presunom architektúry polovodičov smerom k nanotechnológiám začínajú pamäte narážať na fyzikálne bariéry. Bude to mať za následok viaceré posuny v systéme technologických axióm poslednej doby. Bunky polovodičových pamätí sa budú čoraz častejšie používať miesto objemnejších tranzistorových diódové spínače a celkový vývoj sa zrejme odkloní k alternatívnym, nepolovodičovým technológiám, ktoré sme tu zďaleka nedokázali spomenúť všetky.

Nasledujúce roky ukážu, či budú úspešnejšie pamäťové médiá pracujúce na termomechanických princípoch (Millipede), holografickom zázname (napr. Info-MICA), alebo sa presadí vynález S. Ovshinského v podobe Ovonic Unified Memory, či niečo úplne iného. n