Фирма Crossbar анонсировала принципиально новый вид электронной памяти

Сравнение размера микросхем обычной flash-памяти и резистивной памяти. Изображение: dailytechinfo.org

Относительно молодая компания Crossbar, располагающаяся в Санта-Кларе, Калифорния, объявила о создании работоспособных образцов чипов энергонезависимой резистивной памяти (Resistive RAM, RRAM), имеющих уникальную запатентованную структуру. Но самым примечательным является не сам факт создания чипов этого достаточно нового типа памяти, а характеристики и скоростные показателиизготовленных чипов. Согласно информации от компании Crossbar, однокристальная схема, размером с почтовую марку, может сохранить терабайт данных и обеспечить доступ к этим данным в 20 раз быстрее, чем это могут обеспечить самые лучшие образцы современной NAND Flash-памяти.

Помимо чрезвычайно высокого показателя плотности хранения информации, 1 ТБ на 200 мм2, и большой скорости чтения-записи, которая составляет порядка 140 МБ/сек, новые чипы памяти могут похвастаться низким значением потребляемой энергии и в надежностью, в 10 раз превышающую надежность хранения данных микросхем Flash-памяти.

3D-схема построения микросхемы резистивной памяти. Изображение: dailytechinfo.org

Каждая ячейка RRAM-памяти состоит из трех простых компонентов, неметаллического верхнего токоподводящего электрода, средней переключаемой среды из аморфного кремния и нижнего металлического электрода. Механизм изменения сопротивления ячейки памяти основан на создании или разрушении токопроводящего канала-нити внутри аморфного кремния с помощью подаваемых импульсов электрического напряжения. Применение импульсов одной формы, потенциала и длительности приводит к формированию в объеме аморфного кремния токопроводящей нити из металлического кремния, импульсы с другими характеристиками служат для обратного преобразования, преобразования металлического кремния в аморфный.

Еще одной примечательной особенностью чипов RRAM-памяти компании Crossbar является их объемная многослойная структура. Весь массив ячеек памяти размещен в трех слоях, сложенных в виде «бутерброда». Но производство чипов с такой структурой не требует использования новых технологических процессов и оборудования. Массовое производство чипов RRAM-памяти может быть успешно налажено на одном из существующих предприятий, выпускающих полупроводниковые приборы, что было продемонстрировано тем фактом, что опытные образцы чипов новой памяти были изготовлены на обычном заводе одной из организаций-партнеров компании Crossbar.

Внешний вид ребра микросхемы резистивной памяти. Изображение: dailytechinfo.org

«Уникальность нашей технологии заключается в том, что массовое производство новых чипов памяти может быть начато уже через три года. Эта задержка обусловлена не необходимостью модернизации существующего оборудования, а тем, что технология требует еще некоторых доработок» — рассказывает Джордж Минэссиэн (George Minassian), руководитель компании Crossbar, — «Дорабатывая нашу технологию, мы не только будем стремиться сделать ее более технологичной, мы собираемся увеличить количество слоев ячеек памяти, что, в свою очередь, позволит увеличить объем хранимой информации без увеличения площади кристалла и позволит снизить количество потребляемой чипом энергии».

Следуем отметить, что в процессе разработки специалистами компании Crossbar RRAM-памяти было разработано достаточно большое количество новых технологий. В общей сложности компания подала около 100 заявок на патент, 30 из которых уже подтверждены и защищены соответствующими патентами.

Согласно имеющейся информации, внедрение нового типа RRAM-памяти начнется не с выпуска отдельных чипов, а со встраивания этой памяти в законченные решения, так называемые системы-на-чипе, к скорости работы которых и к их надежности предъявляются особо высокие требования. Только после этого можно ожидать, что на рынке появятся микросхемы RRAM-памяти, которые различные производители смогут использовать в конструкциях своих новых смартфонов, планшетных компьютерах и других устройствах, пишет ежедневник DailyTechInfo.

Samsung начинает выпуск мега-флешек

Микросхемы памяти Samsung. Фото: dailytechinfo.org

Знатокам в области Flash-накопителей и SSD-дисков хорошо известны такие термины, как SLC, MLC и TLC, которые являются сокращениями от используемых технологий Flash-памяти. Теперь, благодаря стараниям компании Samsung, этот ряд дополнился еще двумя аббревиатурами, V-NAND и CTF, которые имеют непосредственное отношение к новым микросхемам «3D Vertical NAND» памяти, массовое производство которых было начато совсем недавно на производственных мощностях компании. Следует заметить, что, создавая новую V-NAND Flash-память, специалисты компании Samsung пытались не только увеличить объемы и другие показатели новых микросхем, их основной целью являлся аккуратный обход большинства проблем и ограничений, с которыми сталкиваются все разработчики Flash-памяти в последнее время.

Чипы новых микросхем V-NAND изготавливаются по технологии 10 нм, а плотность хранения информации начинается со значения 128 Гб на чип. Чип имеет структуру, в которой друг над другом могут находиться до 24 отдельных слоев, содержащих матрицы из ячеек Flash-памяти. Такая инновационная структура позволила компании Samsung увеличивать показатель плотности записи и хранения информации без необходимости увеличивать площадь кристалла чипа в целом.

Второй термин, CTF, расшифровывается как «Charge Trap Flash», и это является главной особенностью нового типа Flash-памяти. Обычная NAND Flash-память хранит информацию в виде электрического заряда плавающего затвора транзистора ячейки памяти. Присутствие заряда на затворе и его отсутствие соответствуют логическим 0 или 1, записанным в данную ячейку памяти. Однако, новая V-NAND память компании Samsung обходится без использования плавающего затвора. В технологии CTF электрический заряд, определяющий записанную в ячейке информацию, помещается в специальную область удержания заряда (holding chamber), которая изготовлена из непроводящего нитрида кремния (SiN), что позволяет избежать влияния на ячейку зарядов расположенных рядом ячеек и обойти еще несколько ограничений.

Схема новых микросхем памяти Samsung. Фото: dailytechinfo.org

Эти ограничения имеют отношение к долговечности, к надежности ячеек памяти с плавающими затворами и к количеству энергии, требующейся для стирания и перезаписи информации в ячейке. Не вдаваясь в глубины физического процесса можно сказать, что каждый раз, когда требуется обновить информацию в ячейке памяти, в области затвора транзистора всегда остаются лишние электроны, пойманные в ловушку и остающиеся там навсегда. Через какое-то количество циклов стирания-записи количество этих электронов увеличивается настолько, что информация, записанная в ячейке, уже не может быть достоверно прочитана. И эта проблема становится все острее и острее по мере того, как исследователи стараются уменьшить размеры одной ячейки NAND памяти.

Переход от транзисторов с плавающим затвором к технологии Charge Trap Flash позволяет избежать практически всех вышеизложенных проблем. Благодаря этому чипы V-NAND памяти имеют в два раза больший срок службы, в десять раз больший ресурс по количеству циклов перезаписи и в два раза большую скорость работы, нежели чипы обычной NAND памяти.

Специалисты компании Samsung прогнозируют, что использование новых чипов V-NAND памяти в SSD-дисках позволит снизить стоимость 1 гигабайта до уровня 2.5 долларов и позволит SSD-дискам перешагнуть планку объема в 1 терабайт. К сожалению, пока еще неизвестно, когда станут доступны SSD-диски потребительского уровня, заполненные микросхемами V-NAND памяти. Но первые SSD-диски большого объема с микросхемами V-NAND памяти и со специализированным контроллером производства Samsung, предназначенные для дорогих вычислительных систем и датацентров, появятся уже в ближайшее время, также сообщает сайт DailyTechInfo.