Будущие технологии энергонезависимой памяти: PCM, 3D NAND, ReRAM

1Гбит 45нм PCM кристалл

Системные инженеры продолжают сталкиваться со значительными трудностями при проектировании надёжных систем хранения данных, основывающихся на флеш-памяти. С каждым следующим поколением, характеристики существующих технологий памяти ухудшаются, требуя значительных изменений системного уровня для сохранения надёжности и производительности системы. NOR и NAND флеш-память основываются на ячейках памяти, которых становится всё сложнее уменьшать (масштабировать). PCM (Phase Change Memory) является многообещающей технологией энергонезависимой памяти следующего поколения, сочетающая свойства NOR, NAND и DRAM, и которую возможно масштабировать до геометрий, меньших 10нм.

Свойства	PCM	NOR	NAND	DRAM
Энергонезависимость	Да	Да	Да	Нет
Масштабируемость	<10нм	~3x нм	~1x нм	~2x нм
Побитовое программирование	Да	Нет	Нет	Да
Необходимо стирание	Нет	Да	Да	Нет
Прошивка	Простая	Умеренная	Сложная	Простая
Скорость записи/кристалл	1–100 МБ/с	~1 МБ/с	10–100 МБ/с	~ГБ/с
Задержка записи	~1мкс	–	~100–800мкс	~20–50нс
Задержка чтения	50–100нс	70–100нс	10–50мкс	50нс
Износоустойчивость	106–8	105	104–5	Неогранич.
Сравнительная таблица технологий памяти

(1сек=1000мс; 1мс=1000мкс; 1мкс=1000нс; 1нс=1000пс)

SandForce представила SSD с флеш-памятью 19nm Toshiba и 20nm IMFT

На компьютерной выставке Computex Taipei 2012, проходившей в Тайване 5-9 июня, компания LSI продемонстрировала работоспособность контроллеров SandForce SF-2281 с флеш-памятью 19nm Toshiba Toggle DDR MLC NAND и 20nm IMFT (Intel-Micron) MLC NAND ONFi 2.
LSI сотрудничает в шестью основными производителями NAND флеш-памяти, что позволяет компании оптимизировать совместимость контроллеров SandForce с постоянно уменьшающимися геометриями кристаллов.
Уменьшение геометрии негативно влияет на производительность и износостойкость флеш-памяти, тем не менее, поколение 20-нанометровой флеш-памяти IMFT обладает таким же ресурсом 3000-5000 циклов записи как и 25-нанометровая флеш-память IMFT. Как преимущество для конечного пользователя, переход на новый технологический процесс должен сопутствовать дальнейшему снижению цен на твердотельные накопители.
Тестовая конфигурация SandForce состояла из процессора Intel Core i5-2500K и материнской платы с чипсетом Intel P67. Были показаны три демонстрационных SSD с флеш-памятью Intel 29F64G08ACMF3 (F: 20nm) (синхронная), Micron MT29F64G08CBABA (асинхронная) и Toshiba TH58TEG8D2JBA8C (J: 19nm). Веб-сайт TweakTown сумел протестировать накопители 120GB 20nm IMFT и 240GB 19nm Toshiba, показавшие такие результаты:

Intel и Micron выпускают 20nm 128Gbit MLC NAND кристалл

6 декабря 2011 года Intel и Micron - IM Flash Technologies (IMFT) - представили первый в индустрии монолитный MLC NAND кристалл ёмкостью 128Gbit (16GiB) (изображён на рисунке), изготовленный по тех. процессу 20 нанометров; и также объявили о запуске массового производства 20nm 64Gbit MLC NAND флеш-памяти (размер которой теперь составляет 118mm²).
Новая 128Gbit (16GiB) MLC NAND флеш-память не только удваивает ёмкость существующей 20nm 64Gbit флеш-памяти, но и соответствует скоростным требованиям ONFI 3.0, которые увеличивают скорость передачи данных до 333 Mегатрансферов/сек. Размер страницы 20nm 128Gbit флеш-памяти далее увеличился до 16KB. Одна микросхема сможет вместить восемь 128Gbit-кристаллов для суммарной ёмкости 1 терабит (128GiB).
Уменьшение тех. процесса требует более крошечных и сложных ячеек памяти, что приводит к низшей производительности и износостойкости. Несмотря на это, IMFT сумели внедрить новую технологию, которая позволила 20-нанометровой флеш-памяти продемонстрировать износостойкость и производительность, характерную поколению 25-нанометровой флеш-памяти (3000-5000 циклов записи). Тех. процесс IMFT 20nm использует планарную структуру ячеек, которая успешно преодолевает ограничения уменьшения размеров стандартного NAND-транзистора (NAND-ячейки) с плавающим затвором, с помощью внедрения Hi-K/Metal gate-транзисторов в производство NAND флеш-памяти.
Образцы 20nm 128Gbit-кристаллов будут доступны в январе, с последующим массовым производством в первой половине 2012 года.

Что значит "тех. процесс 20nm"?
Массив NAND флеш-памяти состоит из последовательности блоков. Каждый блок состоит из страниц. Страницы состоят из ячеек памяти. Массив 8GiB (64Gbit) 20nm IMFT MLC NAND флеш-памяти состоит из более 32-x миллиардов ячеек, и ширина каждой ячейки памяти составляет 20 нанометров.

Источники: www.anandtech.com; newsroom.intel.com; www.micron.com

О 25-нанометровой технологии флэш-памяти

На рисунке изображёно устройство флэш-памяти от Intel-Micron, объёмом 8 гигабайт (64Gbit), изготовленное по тех. процессу 25 нанометров NAND, размером 167mm².

Производители SSD перешли (OCZ из первых) и продолжают переходить с 34-нанометровых микросхем к использованию 25-нанометровых. Что это значит на практике?

Преимущества:
1) Так как тех. процесс уменьшился, количество микросхем на кремниевой пластине увеличилось, вследствие микросхемы удешевляются в производстве.
Стоимость 25nm NAND чипов ниже на 10-15% в сравнении 34nm NAND. Следовательно, цена конечного SSD должна упасть, со временем.

Недостатки:
1) Износоустойчивость 34nm MLC NAND чипов - 5,000 циклов записи, 25nm MLC NAND - 3,000 циклов.