Через месяц Kioxia и WD раскроют подробности о 3D NAND с более чем 300 слоями и не только
Гонка за терабайтами в кармане выходит на новый уровень. Партнеры Kioxia и Western Digital готовятся представить на симпозиуме VLSI 2023 не просто очередное поколение флеш-памяти, а комплексное решение, которое одновременно наращивает плотность хранения и радикально ускоряет передачу данных. Речь идет о памяти 3D NAND с более чем 300 слоями и внедрении восьми параллельных плоскостей в каждом кристалле, что может изменить рынок высокопроизводительных накопителей.
Восемь плоскостей: новая архитектура параллелизма
Ключевой инженерной находкой стало увеличение числа независимых массивов ячеек (плоскостей) на кристалле с традиционных двух-четырех до восьми. Это позволяет обрабатывать в два-четыре раза больше данных за один такт, что напрямую увеличивает скорость операций ввода-вывода. Однако такой подход требует принципиально иного управления: контроллер памяти должен эффективно распределять нагрузку между восемью каналами в каждом из сотен слоев. Риск дисбаланса и снижения реальной производительности остается главным вызовом для разработчиков контроллеров.
Синхронное чтение и гибридный декодер: борьба с задержками
Для компенсации усложнения разводки и роста задержек инженеры применили сразу два новшества. Технология «один импульс-два строба» позволяет считывать две соседние ячейки памяти одним синхроимпульсом, что сокращает общее время чтения на 18%. Кроме того, внедрение гибридного декодера адреса строки (X-DEC) снизило задержки до 40 миллисекунд. Этот показатель превосходит характеристики серийных 128-слойных чипов, где задержки составляли 56 мс. Ускорение передачи данных также достигнуто за счет сокращения области запроса в направлении X на 41%.
300+ слоев: преодоление физических барьеров
Создание памяти с более чем 300 активными слоями упирается в качество вертикальных сквозных каналов. Чем выше «стопка» слоев, тем сложнее обеспечить однородность и проводимость этих микроскопических столбиков. Kioxia и WD предлагают метод металлостимулированной латеральной рекристаллизации (MILC) с использованием силицида никеля. Тесты на опытном 112-слойном чипе с 14-микрометровыми отверстиями показали снижение шума чтения на 40% и десятикратное увеличение проводимости канала без потери надежности ячеек.
При этом пропускная способность памяти с 210 слоями достигла 205 Мбайт/с, а скорость работы каждого контакта шины данных составляет 3,2 Гбит/с. Эти параметры уже сопоставимы с характеристиками недавно анонсированной 218-слойной 1-Тбит 3D TLC NAND, что указывает на возможную интеграцию новых решений в серийные микросхемы в ближайшем будущем.
Отдельного внимания заслуживает доклад Tokyo Electron, производителя оборудования для травления. Компания заявит о технологии диэлектрического травления High-Aspect-Ratio (HAR) для 400-слойных структур. Криогенный этап и новый состав газа позволяют создавать каналы высотой 10 микрон за 33 минуты с уменьшенным на 84% углеродным следом. Это не только увеличивает технологический предел, но и снижает энергопотребление производства.
За последние два года индустрия флеш-памяти пережила спад цен и перенос сроков внедрения новых техпроцессов. Однако сейчас мы видим консолидацию усилий вокруг двух ключевых векторов: наращивание числа слоев и увеличение внутреннего параллелизма. Метод MILC и технология HAR являются прямым ответом на физические ограничения, которые долгое время сдерживали рост плотности записи. Если заявленные показатели подтвердятся, это создаст задел для выпуска твердотельных накопителей емкостью более 30 Тбайт в форм-факторе 2,5 дюйма уже в горизонте 2024-2025 годов. Для центров обработки данных и систем искусственного интеллекта, где критична скорость доступа к большим объемам данных, такой скачок производительности означает возможность обработки датасетов, которые ранее были доступны только на уровне оперативной памяти.
