Досегашният рекордьор при 3D NAND паметите – 238-слоен чип на SK Hynix
(снимка: SK Hynix)
Южнокорейският производител на памети SK Hynix обяви, че е създал първия в света 3D NAND чип с повече от 300 слоя. Това съобщиха представители на компанията по време на конференцията ISSCC 2023.
Разработката е дело на 35-ма инженери, което още веднъж подчертава сложността на технологичния процес за производство на многослойна флаш памет. Екипът не само е увеличил плътността на записа, но значително е повишил и пропускателната способност на чипа – от 164 MB/s до 194 MB/s.
Инженерите на SK Hynix са работили в две основни и най-важни области: увеличаване на плътността на запис (намаляване на разходите за съхраняване на всеки бит данни) и увеличаване на производителността.
С появата на „многоетажния” 3D NAND, увеличаването на плътността стана доста по-лесно като концепция, но трудно за изпълнение – изисква се увеличаване на броя на слоевете при същевременно намаляване на стъпката между слоевете. Но това води до увеличаване на съпротивлението на линията wordline (WL), свързваща клетките в реда на матрицата. Този растеж трябва да бъде компенсиран по един или друг начин, в противен случай скоростта и енергийната ефективност ще се влошат.
Представеният от SK Hynix прототип на NAND чип памет с повече от 300 слоя се състои от трибитови клетки (TLC, клетки на три нива) и има капацитет от 1 терабит (Tbit). Поради увеличаването на броя на слоевете, плътността на клетките e нараснала от 11,55 Gb/mm² (при 238-слойна памет) до повече от 20 Gb/mm².
Цялостната производителност на паметта e повишена по пет отделни начина, насочени към ускоряване на процесите на запис, изтриване и четене. За да направят това, проектантите са променили последователностите и тайминга на командите.
По-специално, реализиран е метод на тройна проверка на програмирането (TPGM) вместо предишната двойна проверка (DPGM). Новият метод разделя клетките на четири групи вместо на три. TPGM технологията намалява параметъра tPROG и времето за програмиране на клетката с около 10%.
Освен това параметърът tPROG е намален и от новата технология за адаптивно предварително зареждане на неизбран ред (AUSP). Това ускорява работата на клетките с около 2%. Допълнително ускорение се получава и чрез намаляване на капацитивното натоварване на WL линията, благодарение на метода на програмируемия фиктивен ред (PDS).
Методът All Pass Rise (APR) пък води до намаляване на времето за четене (tR), което се изразява в намаляване на времето за реакция на WL линията на ново ниво на напрежение и подобрява времето за четене с 2%. И накрая, методът PLRR (повторно четене на нивото на равнината) се използва за подобряване на качеството на обслужване по време на изтриване на клетките.
Всички тези подобрения, взети заедно, правят възможно увеличаването на скоростта на 1Tbit 3D NAND TLC от 164 MB/s до 194 MB/s с едновременно увеличаване на плътността на запис. SK Hynix не разкри графика за пускане в производство на новата NAND памет. Може да се очаква, че такива чипове ще се появят не по-рано от началото на следващата година.
Междувременно, през настоящата година ще се произвеждат 3D NAND чипове с над 230 слоя, технологията за които вече е усвоена в една или друга степен от всички основни играчи на пазара за NAND памети.