Tentunya kita semua pernah mendengar apa itu Random Access Memory (RAM) pada saat kita memilah perangkat elektronik yang kita inginkan. RAM adalah suatu bagian hardware yang berfungsi untuk menyimpan data dan instruksi program yang akan dan sudah dieksekusi oleh prosesor. Media penyimpanan RAM bersifat sementara, ini artinya setelah device dimatikan, RAM akan secara otomatis dikosongkan lalu akan diisi data baru yang diperlukan saat device dinyalakan dan dipergunakan kembali.
Berbeda dengan magnetic tape atau disc yang harus diakses secara berurutan, isi RAM dapat diakses secara random (acak) dan tidak mengacu pada letak datanya. Hal inilah yang kemudian membuat RAM dapat beroperasi lebih cepat dari pada hard disk atau media penyimpanan lainnya. Penjelasan lebih lanjut tentang RAM dapat dilihat pada artikel 1000guru edisi April 2013.
Secara fisis, RAM atau yang sering disebut dengan main memory atau memori internal dan memiliki 2 bagian utama:
- PCB (Printed Circuit Board), yaitu papan yang tersusun atas beberapa lapisan yang pada setiap lapisan terpasang sirkuit untuk mengalirkan data ataupun penyalur daya listrik.
- Contact Point, yaitu bagian RAM yang berfungsi sebagai konektor ke motherboard yang terdiri atas beberapa titik dan dibatasi oleh satu atau dua buah lekukan yang disebut dengan notch.
RAM berfungsi untuk mempercepat pemrosesan data pada komputer yang bekerja dengan menggunakan gerbang logika (lihat artikel teknologi 1000guru edisi Mei 2014). Semakin besar RAM yang dimiliki, semakin cepat pula kinerja perangkat elektronik yang kita gunakan.
Hingga saat ini terdapat berbagai jenis RAM yang disesuaikan dengan kebutuhan kita. Pada edisi kali ini, kita akan membahas satu jenis RAM yang sedang giat dikembangkan oleh beberapa industri elektronik di negara maju, resistive random access memory atau RRAM.
RRAM yang sering disebut dengan Memristor (Memory Resistor) merupakan komponen elektronik pasif nonlinier dengan dua terminal. Konsep ini pertama kali dikemukakan oleh Leon Chua pada tahun 1971 yang saat itu hipotesisnya menyebutkan bahwa hambatan memristor tidak linier dan bergantung pada besar dan arah arus yang mengalir di dalam memristor sebelumnya, yang saat itu disebut dengan “non-volatillity property”.
Ketika daya dimatikan, memristor akan mempertahankan kondisi resistansi terakhir hingga saat daya dialirkan kembali. Prinsip ini tidak lain merupakan prinsip kerja RAM itu sendiri.
Hingga saat ini, beberapa material oksida yang banyak digunakan untuk RRAM seperti: NiO, TiO2, dan Ta2O5 mulai gencar diaplikasikan untuk produksi massal karena material-material ini memiliki tingkat kompatibilitas yang baik dengan teknologi CMOS yang ada saat ini. Secara teknis, proses di dalam RRAM dibagi manjadi dua, yaitu unipolar resistive switching (URS) dan bipolar resistive switching (BRS).
URS ialah proses perpindahan logika yang hanya membutuhkan satu kutub (unipolar), sedangkan BRS membutuhkan dua kutub (bipolar). Beberapa keunggulan yang dimiliki URS antara lain: (i) RON/ROFF yang besar; (ii) High switching speed, tetapi URS biasanya memerlukan daya yang besar sehingga menyebabkan daya disipasi yang besar pula. Di sisi lain, keunggulan BRS antara lain: (i) tingkat reproduksi yang tinggi; (ii) reversible, tetapi BRS hanya memiliki RON/ROFF yang jauh lebih kecil sehingga tingkat stabilitas resistansinya lebih kecil dibandingkan dengan URS.
Mekanisme utama yang menyebabkan URS pada suatu device atau material ialah adanya conducting filament (CF) di antara anode dan katode. CF ini berukuran sekitar satu hingga beberapa nanometer dan menyebabkan hantaran kecil arus listrik pada material insulator saat CF menghubungkan anode dan katode (ON-state). Saat anode dan katode tidak terkoneksi, CF berada dalam posisi ruptured inilah kondisi OFF-state. ON- dan OFF- state ini yang kemudian menjadi logika 0 dan 1 dalam operasi biner.
Berbeda dengan URS, mekanisme utama pada BRS disebabkan oleh perubahan Schottky barrier antara anode (atau katode) dengan material. BRS memerlukan dua kutub: satu kutub untuk ON-state dan satu kutub untuk OFF-state. Pada saat muatan positif dialirkan melalui anode, arus listrik akan bertambah secara nonlinier dan semakin tinggi saat titik tertentu (ON-state). Pada tahap ini Schottky barrier akan mengecil karena banyaknya muatan yang diberikan melalui hantaran arus listrik. Saat muatan negatif dialirkan melalui anode tadi (sekarang menjadi katode), arusnya akan berkurang dan semakin kecil pada titik tertentu (OFF-state). Pada tahap ini Schottky barrier akan membesar karena muatannya semakin berkurang dan tidak ada arus yang dihasilkan.
RRAM memang menjanjikan suatu dimensi baru untuk meningkatkan kinerja memori pada suatu perangkat elektronik dengan kecepatan dan fleksibilitas yang dimilikinya. Beberapa hal yang masih menjadi tantangan dalam bidang RRAM antara lain: produksi massal dan stabilitas material oksida yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan silikon. Akan tetapi, beberapa tahun ke depan bukan tidak mungkin kita melihat bagaimana teknologi RRAM benar-benar diaplikasikan pada berbagai perangkat elektronik yang memerlukan performa yang dahsyat.
Bahan bacaan:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Resistive_random-access_memory
- http://www.nature.com/nmat/journal/v9/n5/full/nmat2748.html
- http://www.nature.com/nmat/journal/v6/n11/full/nmat2023.html
Penulis:
Fran Kurnia, mahasiswa S3 di University of New South Wales (UNSW), Sydney, Australia.
Kontak: fran.kurnia(at)yahoo(dot)com.
