Speichertechnologien für das Internet der Dinge: Ultra-Low-Power CBRAM

Können Sie sich noch an die gute alte Zeit der Floppy Disks erinnern? Ich weiß noch, dass mein Computer zwei Floppy-Disk-Laufwerke hatte. Man musste die Diskette mit dem Programm in ein Laufwerk und eine weitere Diskette für die Daten in das andere legen. Schließlich hat sich dann die unglaubliche Erfindung der Festplatte durchgesetzt, wonach der Speicherplatz explosionsartig in die Höhe schoss. Unsere Speicherkapazitäten steigen noch immer an, jedoch spielt der Faktor Größe eine immer geringere Rolle. Wenn es um das Internet der Dinge (IoT) geht, ist der Energieverbrauch die nächste große Sache. Unser Vorstellungsvermögen reicht von intelligenten Haushaltsgeräten bis zu intelligent vernetzten Städten. Damit all diese Dinge funktionieren, benötigen wir Speicher mit sehr niedrigem Energieverbrauch. Hier kommt die Technologie der Ultra-Low-Power CBRAM-Speicher (Conductive Bridging Random Access Memory) ins Spiel. Die Technologie wird hauptsächlich vom Unternehmen Adesto vorangetrieben und möglicherweise in der Lage sein, mit nur einem Hundertstel der Leistung anderer Speichertechnologien auszukommen.

^{Gott sei Dank sind diese beiden Relikte nicht mehr notwendig}.

Der Bedarf an geringem Stromverbrauch

Eben habe ich noch gesagt, dass Größe keine Rolle spielt. aber das war nicht die Wahrheit: Da die Geräte schrumpfen, benötigen sie auch physisch kleinere Speicher, die mit winzig kleinen Batterien betrieben werden können. Gerade die sogenannten Wearables (tragbare Technologien) treiben diesen Trend in Richtung kleiner Formate und effizienter Energienutzung voran. Neben Maschinen im Miniaturformat verlangen auch Sensornetzwerke mit großen Übertragungsdistanzen für das IoT nach Lösungen mit geringem Energiebedarf.

Neben der Speicherkapazität hat sich auch die Rechenleistung dramatisch erhöht. Man sagt, dass heutige Smartphones Millionen Mal leistungsfähiger sind als die Computer, welche die NASA für ihre Reise zum Mond verwendete. Tragbare Elektronik ist noch nicht ganz auf diesem Level angekommen, jedoch auf dem besten Weg dorthin. Smart Watches zum Beispiel werden nicht nur immer leistungsfähiger, sondern beginnen auch Sensorik zu integrieren und verfügen bereits jetzt über fortschrittliche Benutzeroberflächen (UI) und Support-Anwendungen. Prozessoren, Sensoren und Apps benötigen für ihren Betrieb energieeffiziente Speicher. Anderenfalls müsste man seine Uhr abnehmen und mehrmals täglich aufladen, was niemand wirklich möchte.

Ein weiterer Bereich, in dem ein geringer Energieverbrauch wirklich notwendig ist, sind Geräte, die in LPWANs eingesetzt werden. Die Menschen träumen schon seit Ewigkeiten von einer „intelligenten Stadt“. Eine Stadt, in der Autos sich selbst einparken können, die Infrastruktur effizient überwacht und verwaltet wird und Daten für das Allgemeinwohl gewonnen und analysiert werden. Was haben all diese Systeme gemeinsam? Sie alle nutzen Hunderte oder gar Tausende von Sensoren, die über weite Flächen verteilt sind, was wiederum den Bedarf an LPWANs erklärt. Geringer Stromverbrauch (Low Power) ist Teil der Abkürzung LPWAN und damit offensichtlich sehr wichtig. Wenn ein städtisches Wasserversorgungs-System mit Tausenden unterirdischer Sensoren überwacht wird, wird man wahrscheinlich nicht alle drei Monate die Batterien ersetzen wollen. Genau deshalb werden für diese Sensoren und für Low-Power-Netzwerke Speicherlösungen mit geringem Energiebedarf benötigt. All diese Sensoren werden Speicher benötigen, um Daten zu erfassen und diese an beliebige Adressaten zu versenden.

^{Die Nutzung von CBRAM wird wie dem Sprung von der Floppy Disk zur Festplatte gleichen.}

CBRAM für das Internet der Dinge

So wie Seagate die Speicherindustrie mit seinen kompakten Festplatten  revolutionierte, arbeitet Adesto am nächsten Schritt auf dem Weg zu einem Low-Power-Speicher. Das Unternehmen hat bereits eine Art von CBRAM-Speicher entwickelt, der mit deutlich weniger Energie als derzeitige Low-Power-Technologien auskommen kann. Genau genommen benötigt dieser Speicher so wenig Energie, dass er in manchen Fällen gänzlich auf Batterien verzichten kann.

CBRAM ist eine Art nichtflüchtiger Datenspeicher, der zur Kategorie der „resistiven RAMs“ gehört. Der Aspekt der Nichtflüchtigkeit ist hierbei sehr wichtig, denn dies bedeutet, dass CBRAM, genau wie Flash-Speicher, Daten auch dann speichern kann, wenn es nicht mit einer Stromquelle verbunden ist. Diese Funktion wird es den CBRAM-Speichern möglich machen, in einen Tiefschlaf-Modus herunterzufahren, in welchem sie bei Nichtbenutzung auch keinen Strom verbrauchen. Im Betrieb wird der CBRAM von Adesto in der Lage sein, Daten mit nur einem Hundertstel der Energie von vergleichbaren Lösungen wie Flash zu lesen und zu schreiben. Dies sind Werte, auf die die Welt des Internet der Dinge schon lange gewartet hat. Mit einem solch niedrigen Leistungsbedarf werden manche Schaltungen nicht einmal mehr Batterien benötigen.

Batterien sind der Fluch großer Sensornetzwerke. Eines ist dabei jedem von uns klar: Falls ein Gerät über einen Akku verfügt und dieser nicht an ein Ladesystem angeschlossen ist, wird es früher oder später schlapp machen. Aus diesem Grund werden aktuell Chips hergestellt, die während des Betriebs Energie gewinnen können und Batterien entweder aufladen oder sie ganz und gar überflüssig machen. Das CBRAM von Adesto verbraucht dermaßen wenig Energie, dass er theoretisch allein mit dieser Art von Energy-Harvesting-Chips betrieben werden kann. Stellen Sie sich vor, man bräuchte nie wieder in die Tiefen eines Abwassersystems hinabzusteigen, um eine Sensorbatterie auszutauschen. Zugegeben, bis dahin ist es vielleicht noch ein weiter Weg. Stellen Sie sich also vor, Sie müssten Ihre intelligente Gabel oder Ihren Sockensensor nie wieder aufladen. CBRAM kann dies möglich machen.

Das Internet der Dinge ist eine spannende Branche, die sich jedoch nach wie vor einigen Herausforderungen gegenübersieht. Neben der Frage, wie man Geräten am besten einen gesunden Menschenverstand verleiht, benötigt das IoT auch Schaltungen mit geringem Stromverbrauch. Energieeffiziente Platinen benötigen elektrisch ökonomische Speicherlösungen. CBRAM ist eine potentielle Technologie, die den Energieanforderungen für Speicher im Internet der Dinge gerecht werden könnte.

Wahrscheinlich können Sie es selbst kaum erwarten, endlich mit dem Entwickeln unter Verwendung dieser neuen Speicherkomponenten loszulegen. Falls Sie der Ansicht sind, dass Sie für die Arbeit mit dieser Technologie der nächsten Generation eine moderne Software benötigen, dann probieren Sie doch einmal CircuitStudio. Es verfügt über eine breite Palette fortgeschrittener Funktionen, welche die für Ihre Arbeit benötigte Energie merklich reduzieren wird.

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