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01.04.1977

Neue Speicher - dichter, schneller, billiger

"Aus der weitgespannten Palette neuer Speichertechnologien können sich im harten wirtschaftlichen Wettkampf nur wenige behaupten. Die Entwicklung ist noch in vollem Fluß." So heißt es im Vorwort zum NTG-Fachbericht, den die Nachrichtentechnische Gesellschaft im VDE anläßlich ihrer Tagung "Digitale Speicher" (22. - 24. 3. 77) herausgab. Zahlreiche Fachleute versuchten in ihren Referaten, die in diesem Band enthalten sind, "Licht in die Speicherzukunft" zu bringen. Denn - so heißt es weiter - "das Wissensgebiet der digitalen Speicher hat sich so stark erweitert, daß es selbst für Fachleute schwer ist, Übersicht zu behalten". Vielleicht stellt sich dieses Problem den Wissenschaftlern, die Auswirkungen auf den Anwender aber sind noch gering - und das ist gut so.

Dipl.-Ing. Konrad Priebe, Leiter des Fachbereiches Automation der GEI-Gesellschaft für elektronische Informationsverarbeitung mbH, Aachen

Zunächst eine grundsätzliche Aussage: Auch wenn es in Zukunft eine Technologie geben würde, die für alle bei einer EDV-Anlage vorkommenden Speichertypen gleichermaßen gut geeignet erscheint, so ist es doch sehr unwahrscheinlich, daß die heute übliche Speicherhierarchie (Puffer-, Arbeits- und Massenspeicher) wegfallen wird oder gar alle Speichertypen in einer einzigen Technologie realisiert werden. Für ein Weiterbestehen dieser Hierarchie sprechen vor allem die folgenden Gründe:

- Fortschritte technologischer Art (zum Beispiel Verkleinerung der Zugriffszeit) werden zuerst in kleineren Speichereinheiten realisiert.

- Die Zeit zum Auffinden einer Dateneinheit wächst näherungsweise logarithmisch mit der Speicherkapazität. Man wird deshalb sinnvollerweise stets eine irgendwie gegliederte Speicherorganisation verwenden.

- Es wird immer Daten geben, die aus organisatorischen oder aus Sicherheitsgründen außerhalb des Arbeitsspeichers einer EDV-Anlage gehalten werden.

Für die verschiedenen Stufen der Speicherhierarchie werden die dafür geeignetsten Technologien zur Anwendung kommen. Puffer- und Arbeitsspeicher der 80er Jahre werden fast ausschließlich bipolare und MOS-Halbleiterspeicher sein, mit Chip-Kapazitäten bis maximal 256 KBit, wobei 64 Kbit/Chip als der übliche Standard anzusehen sind. Die Zugriffszeiten solcher Speicher werden 1990 unter 10 Nanosekunden liegen, bei Kosten von etwa 0,1 bis 1 Pfennig/Bit. Superschnelle Speicher mit Zugriffszeiten bis herunter zu 1 Nanosekunde sind auf der Basis der Josephson-Tunnel-Technologie heute schon realisierbar. Ihre Anwendung wird sich jedoch auf Spezialfälle beschränken, wobei gleichzeitig der zugehörige Prozessor in dieser Technologie aufgebaut ist. CCD-Speicher (Charged Coupled Devices) mit Kapazitäten zwischen 10 hoch 5 bis 10 hoch 9 Bit und Zugriffszeiten von 1 Millisekunde bis 10 Mikrosekunden werden etwa ab 1980 zunehmend Platten- und Trommelspeicher als Massendatenspeicher ersetzen, da sie bei etwa gleichem Preis wesentlich zuverlässiger und praktisch wartungsfrei sind.

Zusammenfassend kann man voraussetzen, daß spätestens ab 1985 für alle Zugriffszeiten von 1 Nanosekunde bis zu einigen Minuten und Kapazitäten von 10 hoch 3 Bit bis größer 10 hoch 13 Bit eine geeignete Speichertechnologie existieren wird. Das heute noch offene "Access-Time-Gap" zwischen ca. 10 Mikrosekunden und 10 Millisekunden wird durch Bubble- bzw. CCD-Speicher geschlossen sein.

Dr. Otto Kolp, Wissenschaftlicher Angestellter im Institut IRP, GMD Birlinghoven

Aufgrund der Weiterentwicklung hochintegrierter Schaltkreistechnologien (VLSI) werden künftige Rechner überwiegend schnelle Halbleiterspeicher als Arbeitsspeicher besitzen. Besondere Bedeutung kommt der Frage nach geeigneten Hintergrundspeichern zu. Hier sollte die Zeit der mechanischen Speicher bald beendet sein. Möglicherweise spielen dabei CCD-Speicher und vor allem Magnetplatten-Speicher eine wichtige Rolle. Solche "dynamischen Speicher" würden mit kürzerer Zugriffszeit erheblich an Bedeutung gewinnen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Verbindungsstruktur der Speicherelemente komplexer als in den bisher realisierten Speichern dieser Art ist.

Untersuchungen haben gezeigt, daß dynamische Speicher mit einer regulären Anordnung der Speicherelemente, bei der in jedem Satz zwei alternative Datenbewegungen möglich sind, eine einfache Steuerung und eine günstige mittlere Zugriffszeit auf Datenblöcke besitzen.

Dynamische Speicher sollten auch dann für bestimmte Aufgaben in Mikroprozessoren und Prozeßrechnern Verwendung finden, wenn in den nächsten Jahren große, schnelle RAMs aus VLSI-Bausteinen in Rechnern eingesetzt werden, wobei die bestehenden Speicherhierarchien abgebaut werden können. Hierzu müßten allerdings Schwierigkeiten technischer und System-bedingter Art in Fragen der Zuverlässigkeit bei der Erstellung solcher Bausteine überwunden werden.

Dr. rer. nat. Reinhard Veelken, Siemens AG, Geschäftsbereich Datenverarbeitung, Leiter des Werkes für Systeme

Bei den Arbeitsspeichern wird der Halbleiterspeicher in MOS-Technik in den nächsten Jahren den Kernspeicher völlig ersetzt haben, wie das für das gesamte Siemens-System 7.000 schon seit geraumer Zeit der Fall ist.

Er ist nicht nur wesentlich kompakter und schneller, sondern vor allem erheblich zuverlässiger und entscheidend billiger, so daß dem Anwender immer größere Arbeitsspeicher zur Verfügung gestellt werden können. Die heute erreichten Werte bei diesen Halbleiterspeichern hinsichtlich Kosten, Miniaturisierungsgrad und Stromverbrauch werden weiter verbessert werden. Physikalische oder technische Grenzen sind für die nächsten zehn Jahre wohl noch nicht sichtbar.

Durch die großen Leistungssteigerungen der Zentraleinheiten wird die Lücke zwischen den Arbeitsspeichern und Massenspeichern immer spürbarer. Hier können CCD-(Charge Coupled Device) Speicher, die billiger als Arbeitsspeicher sein werden, da sie eine um den Faktor 4 höhere Bit-Dichte aufweisen, in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Diese CCD-Bausteine beruhen auf den gleichen Technologien und können auf den gleichen Fertigungsanlagen fertiggestellt werden wie die Bausteine für Arbeitsspeicher. Damit bieten sie einen entscheidenden Vorteil gegenüber anderen in Entwicklung befindlichen Technologien wie zum Beispiel Magnetblasen (Bubbles) - Speicher oder optische Speichertechniken.

Der Einsatzbereich dieser Techniken, die langsamer und billiger als Arbeitsspeicher aber schneller und teurer als Massenspeicher sind, überdeckt ein breites Einsatzfeld. Bei den Massenspeichern werden die gegenwärtigen Magnetschicht-Technologien generell noch mindestens im betrachteten Zeitraum die Hauptmasse der eingesetzten Speicher ausmachen. Die Magnetband-Technologie wird als große Archiv-Datenpflege im Giga-Byte-Bereich auch in den nächsten 10 Jahren aktuell bleiben, während sie in der Online-Anwendung zunehmend durch schnellere Platten ersetzt wird. Plattenspeicher sind in den nächsten 10 Jahren weiterhin die wichtigste Technologie für Datenbanksysteme. Übertragungsraten und Aufzeichnungsdichte lassen sich weiter erhöhen, die Speicherkosten um bis zum Faktor 10 reduzieren und die Positionierzeiten durch den Einsatz von Vielspur-Köpfen erheblich senken.