Koniec monopolu Samsunga na trzeci wymiar pamięci flash to początek ery naprawdę tanich SSD

To koniec monopolu Samsunga na trójwymiarowe pamięci NAND flash.W tym tygodniu swoje rozwiązania pokazała Toshiba, a zaledwie kilkagodzin później na wspólnej konferencji Intel i Micron przedstawiłyszczegóły nowego procesu produkcji 3D NAND. Tańsze, pojemniejsze iszybsze nośniki SSD mogą przyczynić się do tego, że tradycyjnedyski talerzowe całkowicie znikną z komputerów osobistych,zostanie dla nich miejsce tylko w sprzęcie serwerowym.

Wprowadzając w 2013 roku na rynek pierwszeukłady trójwymiarowej pamięci NAND, Samsung wysunął się nazdecydowanego lidera w dziedzinie pamięci zewnętrznych. Zastąpieniejednej płaskiej matrycy komórek pamięci wieloma warstwami takichmatryc rozwiązało problemy z dalszą miniaturyzacją: rosnącagęstość upakowania komórek pamięci sprawiała, że materiałizolacyjny stawał się coraz cieńszy i coraz bardziej podatny nauszkodzenia wynikające z kasowania danych. Operacja ta, polegającana usuwaniu elektronów z bramki pływającej tranzystora polowego,wykorzystuje zjawisko tunelowania, w którym pod działaniem silnegopola elektrycznego elektrony pokonują barierę potencjału.

W pierwszych trójwymiarowych układach pamięci Samsunga,zawierających 24 warstwy, udało się dzięki temu uzyskać ponaddwukrotnie większą gęstość upakowania elementów niż wdwuwymiarowych pamięciach flash, produkowanych w procesie 20 nm.Pomogło w tym nie tylko ułożenie warstw w pionie, ale teżpozbycie się pływającej bramki z tranzystora – ładunekelektryczny trafia do tuby z nieprzewodzącej warstwy azotku krzemu,dzięki czemu unika się interferencji między sąsiednimi komórkamipamięci. Dziś Samsungowe czipy flashV-NAND (jak nazywa je firma) dostępne są już w wersjach32-warstwowych (86 Gbit w kostce) i stosowane m.in. w dyskach SSD zserii EVO.

Przedstawione przez Toshibę rozwiązanie nie jest zwykłą kalkąpomysłu Koreańczyków. Już na starcie Japończycy pokazali pamięćskładającą się maksymalnie z 48 warstw, o pojemności 128 Gbit(16 GB) Powstające w technologii BiCS (Bit Cost Scalable) pamięcico prawda też pozbywają się tradycyjnej konstrukcji,wykorzystującej pływającą bramkę, ale zastosowany w nichU-kształtny łańcuch komórek pozwalać ma na efektywniejszeupakowanie macierzy. Toshiba chwali się też tym, że swojerozwiązanie może produkować z użyciem wcześniej stosowanejinfrastruktury – Fab2 w Yokkaichi Operations w prefekturze Miezacznie wytwarzać nowe pamięci najdalej za rok.

Nie wiadomo jeszcze, w jakim procesie ta trójwymiarowa pamięćbędzie powstawać. Najpewniej wykorzystany zostanie jeden zestarszych procesów, być może 32 nm. Idąc w trzeci wymiarproducenci mogą sobie pozwolić na większy luz w tej kwestii –Samsung, produkujący płaskie układy półprzewodnikowe w procesie14 nm, swoje układy V-NAND też tworzy w procesie 32 nm.

Kilka godzin po informacji prasowej od Toshiby dotarła do nasinformacja od Intela i Microna, działających w ramach partnerstwaIMFT – Intel-Micron Flash Technologies. Firmy te już w listopadziezeszłego roku pokazały prototyp pamięci 3D NAND, a teraz, możliweże w odpowiedzi na działania konkurencji. Do tej pory wiedzieliśmytylko tyle, że pamięć ta składała się z 32 warstw, alezapewniała bardzo duże pojemności – 256 Gbit (32 GB) dla wersjiMLC i aż 384 Gbit (48 GB) dla wersji TLC.

Z nowych informacji wynika, że Intel z Micronem pozostali przytradycyjnej konstrukcji pływającej bramki, podobno ze względu naproblemy natury fizycznej z pułapką ładunku stosowaną przezSamsunga i teraz także Toshibę. Na poniższym obrazku możemyzobaczyć strukturę tej pamięci, choć inżynierowie IMFT nie zabardzo wyjaśnili, co właściwie widzimy. Możemy się domyślać,że fioletowe pręty to kanały pamięci, a zielone to linie słów(WL). Komórki pamięci znajdują się między nimi.

Wytrzymałość komórki pamięci w tej konstrukcji jest szacowanana 3 tys. cykli programowania/kasowania, z czasem ma to kilkukrotniewzrosnąć. Z przedstawionych wykresów wynika też, że pamięciIMFT powstawać będą w procesie od 35 do 50 nm. Ich produkcjaruszyć ma już w drugiej połowie tego roku, więc korzystający znich sprzęt zobaczymy pewnie za rok.

Zainteresowana pamięciami 3D NAND jest, z tego co wiadomo,jeszcze jedna, dobrze znana na rynku firma, mianowicie Hynix. Wiemyjedynie, że opracowywana przez nich struktura o nazwie DC-SF madalej wykorzystywać pływającą bramkę. Jak widać, w tej kwestiidoszło do technicznego podziału, a wybór przez Intela/Microna iHynixa starszego, bardziej sprawdzonego rozwiązania nie oznacza, żebędzie ono z konieczności gorsze niż produkty Toshiby i Samsunga.

Bez względu jednak na szczegóły rozwiązań technicznych,wygląda na to, że flashowe pamięci zewnętrzne o pojemności nawet1 terabajta mogą w przyszłym roku stać się standardem także i wnajtańszych komputerach. Pójście w trzeci wymiar zbliża nasbowiem do osiągnięcia gęstości w dolarach na gigabajt zbliżonychdo wyników zbliżonych do montowanych wciąż w komputerach dyskówtalerzowych.