Флэшка на терабайт

Флэшка на терабайт
Представленная Samsung технология трехмерной флэш-памяти 3D-NAND закладывает фундамент для создания микросхем емкостью 1 Тбит. Емкость одного чипа V-NAND составляет 128 Гбит – столько же, сколько и у памяти, выпускаемой сегодня компаниями Intel и Micron с использованием планарной технологии
ИT индустрия  120113.08.2013 osp.ru

Компания Samsung Electronics объявила о начале массового производства чипов, которые превращают слои кремния, предназначенного для хранения данных, в микроскопический «небоскреб» и закладывают основы для создания технологии флэш-памяти NAND ближайшего будущего.

Таким образом, Samsung налаживает выпуск первой в отрасли трехмерной флэш-памяти Vertical NAND (V-NAND), которая позволит преодолеть ограничения масштабируемости, присущие двумерной или планарной флэш-памяти.

Флэш-память Samsung V-NAND, которую планируется использовать при изготовлении встроенной памяти и твердотельных накопителей, может иметь емкость от 128 Гбайт до 1 Тбайт «в зависимости от потребностей клиентов».

Наивысшая плотность размещения ячеек в существующих планарных микросхемах NAND составляет от 10 до 19 нм (нанометр – это одна миллиардная часть метра). Человеческий волос в 3 тыс. раз толще ячейки флэш-памяти NAND, изготовленной по 25-нанометровой технологии.

Технология Samsung 3D NAND обеспечивает заметное увеличение как емкости, так и скорости флэш-памяти. Новая память 3D V-NAND должна найти применение в самом широком спектре корпоративного оборудования и устройств бытовой электроники, в том числе во встроенных хранилищах NAND и твердотельных накопителях.

В памяти Samsung V-NAND используется сотовая структура, созданная на основе решения 3D Charge Trap Flash (CTF), и технология вертикальных соединений, которая обеспечивает связывание массива трехмерных ячеек. За счет этого по своей масштабируемости Samsung 3D V-NAND более чем в два раза превосходит планарную флэш-память NAND, изготовленную по 20-нанометровой технологии.

Одно из наиболее важных технологических достижений Samsung заключается в том, что технология вертикальных соединений позволяет объединять до 24 вертикальных слоев. Это делается с помощью специального вытравливания, обеспечивающего электронную связь слоев путем формирования отверстий сверху донизу.

По мнению специалистов, пределы наращивания слоев ячеек в памяти 3D NAND пока неизвестны.

«На сегодняшний день их максимальное число ограничено 24, – указал основатель и главный аналитик исследовательской компании Forward Insights Грегори Вонг. – В следующем поколении оно может достигнуть 32, а потом увеличиваться и дальше. Аналогичным образом воздвигается здание, накапливающее добавленные уровни. Добавление новых слоев позволяет уменьшить стоимость микросхем в пересчете на бит за счет увеличения числа ячеек памяти, при этом площадь хранения данных не увеличивается».

Новая вертикальная структура Samsung обеспечивает увеличение плотности микросхем флэш-памяти за счет добавления новых слоев ячеек без увеличения планарной плотности, добиться чего крайне сложно. По мере дальнейшего увеличения плотности размещения ячеек NAND на плоскости утечка электронов через тонкие ячейки становится все более интенсивной, что приводит к возникновению сбоев и требует все более сложного кода коррекции ошибок.

Впрочем, у памяти 3D NAND имеются свои ограничения, которые станут актуальными уже к концу нынешнего десятилетия.

«Память 3D NAND подобна небоскребу и в экономическом плане, – пояснил Вонг. – Когда вы достигаете определенного уровня высоты, ее создание начинает обходиться слишком дорого. После этого разрыв между стоимостью и эффективностью будет только расти. С экономической точки зрения, строительство небоскреба выше некоторой планки уже не имеет смысла».

В настоящее время существуют и другие технологии, считающиеся потенциальными конкурентами флэш-памяти NAND. Это резистивная память (Resistive RAM, RRAM), Racetrack Memory, Graphene Memory и Phase-Change Memory. Во флэш-памяти 3D NAND слои ячеек должны отделяться диэлектриком или изолятором. В настоящее время толщина диэлектрического материала составляет 50 нм. Увеличение его толщины может привести к замедлению потока электронов, что отразится на производительности памяти. Уменьшение толщины вызывает утечку электронов, как и в планарной памяти, порождая ошибки данных. Сжать диэлектрики очень сложно, поэтому нужно искать компромисс между плотностью размещения элементов и отсутствием ошибок. Использование всех материалов в устройстве должно быть сбалансированным. Конструкторам необходимо найти оптимальное соотношение между скоростью и устойчивостью функционирования.

На исследования и разработку технологии V-NAND компания Samsung потратила почти десять лет, и на сегодняшний день зарегистрировала более 300 патентов в этой области. По словам представителей Samsung, 3D-технология закладывает основы для появления более совершенных продуктов, в том числе и микросхем флэш-памяти NAND емкостью 1 Тбит.

«Новая технология флэш-памяти 3D V-NAND является результатом многолетних усилий наших сотрудников по выходу за рамки традиционных решений и применению более инновационных подходов, позволяющих преодолеть конструктивные ограничения технологии полупроводниковой памяти, – отметил старший вице-президент подразделения флэш-технологий Samsung Electronics Чжон-Хек Чой. – Развернув массовое производство памяти 3D Vertical NAND, мы будем улучшать ее производительность и увеличивать плотность размещения элементов, что приведет к еще более интенсивному развитию всей глобальной отрасли хранения данных».

На протяжении последних 40 лет обычная флэш-память строилась на планарных структурах с использованием плавающих затворов. При приближении производственной технологии к отметке 10 нм разработчики сталкиваются с ограничениями дальнейшей масштабируемости вследствие возникновения интерференции между ячейками, которая приводит к резкому снижению устойчивости работы флэш-памяти NAND. В результате увеличиваются сроки и стоимость проектирования.

Новое решение V-NAND позволяет преодолеть возникающие технические сложности за счет вывода схем, структуры и производственного процесса на новый инновационный уровень и вертикального размещения плоских слоев ячеек.

Для этого Samsung пришлось модернизировать архитектуру CTF, впервые предложенную в 2006 году. В целях предотвращения интерференции между соседними ячейками флэш-архитектура NAND на базе CTF вместо использования плавающего затвора предусматривает временное размещение электрического заряда в удерживающей камере непроводящего слоя, изготовленного из нитрида кремния.

Трехмерный слой CTF значительно повышает производительность и устойчивость функционирования памяти NAND. По сравнению с обычной 10-нанометровой флэш-памятью NAND с плавающим затвором новая память 3D V-NAND обеспечивает не только рост устойчивости до 10 раз, но и двукратное увеличение скорости записи.

По оценкам компании IHS iSuppli, к концу 2016 года суммарные объемы продаж на глобальном рынке флэш-памяти достигнут 30,8 млрд долл., тогда как в 2013 году они оцениваются примерно в 23,6 млрд долл. Средние темпы ежегодного роста при этом составят около 11%.


Метки : флешка, память, flash-memory, пространство, микросхема


Читайте также