Trimatė „flash“ atmintinė

Kai architektams pritrūksta vietos naujiems pastatams statyti, jie tiesiog naujais aukštais papildo senus. Statydami dangoraižius, jie sukuria daugiau erdvės tame pačiame plote. Tokią pat koncepciją taikydami „flash“ atmintinei tobulinti, gautume 2006 m. gruodį „Samsung“ pateiktą projektą – daugkartinio rašymo trimatę „flash“ atmintinę.

„Samsung“ trimatės „flash“ atmintinės prototipas Iliustracijoje supaprastintai pavaizduota „Samsung“ trimatės atmintinės technologija. Šio prototipo pirmajam sluoksniui sukurti „Samsung“ naudojo įprastą pagrindą (BEOL (back end of the line) dielektriką), o antrąjį sluoksnį suformavo iš vienakristalio silicio. Galiausiai abu sluoksnius vertikaliai sujungė CSL (common source line – bendro šaltinio laidas). Šiame prototipe „Samsung“ sukūrė jungiamąsias magistrales tuo metu, kai gamino antrąjį sluoksnį, tad jungtims formuoti nereikia papildomo etapo ir gamybos sąnaudos gerokai nepadidėja. Kiekviename sluoksnyje yra SSL (string select line – eilutės išrinkimo laidas) ir GSL (įžeminimo išrinkimo laidas). Antrajame sluoksnyje įrengus įžeminimo laidą, našumas beveik prilygsta pirmojo sluoksnio našumui. Be įžeminimo antrajame sluoksnyje duomenys būtų rašomi ir trinami daug lėčiau nei pirmajame. Trimatę architektūrą galima įsivaizduoti kaip biurų pastatą. Jei pastatas tik vieno aukšto, stogui išlaikyti prireiks tik kelių atramų, tad liks daugiau naudingojo ploto. Didinant aukštų skaičių, naudingąjį plotą tenka aukoti laiptams, liftams, kolonoms. Tas pats galioja ir silicio sluoksniams. Dalį vietos, kurią būtų galima panaudoti tranzistoriams, tyrinėtojai turi skirti laidams, jungtims, antrąjį sluoksnį laikantiems elementams. Dvisluoksniame luste tilps mažiau duomenų nei dviejuose vienasluoksniuose, tačiau dvisluoksniai gerokai padidins atmintinių talpą.

„Samsung“ prezidentas dr. Chang Gyu Hwangas pristatė trimates technologijas, padėsiančias plėtoti „flash“ atmintines. Trimatė technologija padės išvengti „akligatvio“, kai gamintojai negali mažinti „flash“ atmintinės tranzistorių dydžio dėl fizinių apribojimų ir dėl to, kad nutekantys elektronai sugadina duomenis. Tai apie 2010 metus patirs gamintojai -- būtent tada tyrinėtojai „flash“ atmintinių našumui didinti siūlys diegti naujas technologijas. „Dėl to jau dabar bendrovės tyrinėja alternatyvias atmintinių architektūras, – sako bendrovės Gartner tyrimų analitikas. – Jos ieško kitų sprendimų, nes kitos išeities neturi. Peržengus 30 nm ribą, visai netoli 22 nm riba, kurią pasiekus prasideda problemos.“

Trimatis silicis

Naudodami kelis silicio sluoksnius, „Samsung“ tyrinėtojai gali padidinti atmintinės talpą, nedidindami atmintinės lusto. „Samsung“ trimatės atmintinės tyrinėjimai turės įtakos dideliems „flash“ atmintinių rinkos pokyčiams.

„Samsung“ specialistai sako ilgainiui sukursiantys 1 TB talpos „flash“ atmintinę, sudarytą iš aštuonių silicio sluoksnių. Tačiau gruodį pateiktame prototipe telpa tik 32 bitai, išdėstyti dviejuose 63 nm silicio sluoksniuose, taigi užsibrėžtam tikslui pasiekti teks nueiti dar ilgą kelią. (Trimatė atmintinė vis dar yra prototipinė, todėl „Samsung“ neatskleidžia daugiau informacijos apie ją.)

Vienas ant kito dedami NAND lustai – dar viena trimatė „Samsung“ technologija, vartotojus pasieksianti daug greičiau. 2006 m. viduryje „Samsung“ atskleidė prototipinę atmintinės lustų išdėstymo vieno ant kito technologiją – WSP ir TSV (Wafer-level processed stack package through silicon). Suformuojami plonesni lustų rinkiniai, naudojantys mažiau energijos nei dabartinės MCP (multichip packages) technologijos lustai.

Kitos trimatės idėjos

„Samsung“ technologijai prigyti gali trukdyti kitų bendrovių kuriamos atmintinės, ilgainiui galinčios pakeisti „flash“. Nors šių tipų atmintinės technologiškai skiriasi nuo „flash“, tačiau kelios bendrovės jas aktyviai tyrinėja.

MRAM (Magnetic RAM). Užuot duomenis į lustą rašius elektros srove ar įkrova, MRAM tipo atmintinėse jie rašomi įmagnetinant. MRAM reikalauja mažiau galios, nes nereikia užtikrinti nuolatinės įkrovos.

PRAM (Phase-change RAM). Duomenys PRAM atmintinėje pakeičiami pakaitinus specialių medžiagų pripildytą stiklą, taip keičiant stiklo būseną iš kristalinės į amorfinę. PRAM duomenis galima rašyti labai tankiai.

Trimatės technologijos nauda

„Samsung“ ketina tyrinėti trimatės technologijos galimybes, nes jai įdiegti reikėtų atlikti mažiausiai pakeitimų.

Sluoksniuodama silicį trimačiams lustams sukurti, „Samsung“ išsaugos dabartines gamybos technologijas, tad tyrimų ir gamybos sąnaudos bus nedidelės.

WSP ir TSV technologija „Samsung“ TSV (Through Silicon Via) technologiją sujungus su WSP (wafer-level processed stack package), atmintinės lustai tampa trumpesni ir juos sudaro mažesni elementai nei tradicinius MCP (multichip packages) lustus. „Samsung“ WSP ir TSV technologijų junginį pristatė 2006 m. viduryje, demonstruodama 16 Gb talpos prototipą, kuriame buvo sujungti aštuoni 2 Gb NAND lustai. Bendrovė tikisi pradėti taikyti šį technologijų derinį NAND „flash“ lustuose šių metų pirmoje pusėje. Ateityje WSP ir TSV technologija gali pasirodyti tarnybinių stočių procesoriuose bei atmintinėse. MCP naudojami rišamieji laidai (oranžiniai), reikalaujantys dukart didesnių tarpų tarp sluoksnių nei taikant WSP ir TSV technologiją. Naudodami WSP ir TSV, „Samsung“ projektuotojai gali sukurti vertikaliai per sluoksnius einančias kiaurymes (raudonos linijos) ir per jas tiesiogiai sujungti atskirų sluoksnių elektros grandines. Kiaurymėms sudaryti projektuotojai naudojo lazerį, tad jos yra tik maždaug vieno mikrono skersmens. Paveikslėlyje matyti, kad sujungimai daug trumpesni už įprastus MCP, tad WSP reikia mažiau galios. Padidintoje „Samsung“ WSP ir TSV aštuonių lustų rinkinio nuotraukoje tarp sluoksnių matyti nedideli tarpai. Kiekvieno lusto storis – apie 50 mikronų, o viso rinkinio – apie 560 mikronų (0,56 mm), t. y. jis apie 30 proc. plonesnis už aštuonių MCP lustų rinkinį.

Kadangi „Samsung“ tyrimai dar tik prasidėjo, bendrovė gali susidurti su nenumatytomis problemos. Vis dar neaišku, kokios įtakos kitos patentuotos technologijos turės „Samsung“ technologijoms. Pavyzdžiui, 2004 metas „Matrix Semiconductor“ (dabar – „SanDisk“ dalis) pateikė trimatės „flash“ atmintinės technologiją. Į tokias atmintines galima rašyti vieną kartą, o skaityti – daugybę. Nors į „Samsung“ gaminį galima rašyti daugybę kartų, „Matrix“ patentai gali paveikti „Samsung“ technologijos plėtrą.

Nors daug dalykų kol kas dar nežinoma, tikimasi, jog „Samsung“ trimatė technologija ateityje sėkmingai pasieks vartotojus.