Micron втайне создала 32-Гбит чип FeRAM — неубиваемую энергонезависимую память со скоростью как у DRAM
На закрытой сессии декабрьской конференции IEDM 2023 компания Micron Technology представила инженерное сообщество прототип кристалла энергонезависимой памяти FeRAM ёмкостью 32 Гбит. Эта цифра на два порядка превышает показатели всех существующих коммерческих решений (от 8 до 128 Мбит), что ставит под вопрос текущую архитектуру рынка твердотельных накопителей и открывает новую нишу для гибридной памяти, сочетающей скорость DRAM и энергонезависимость NAND.
Если ранее сегмент FeRAM был ограничен нишевыми применениями в промышленной автоматике и аэрокосмической отрасли, то теперь Micron нацеливается на дата-центры и системы искусственного интеллекта. Разработка, получившая внутреннее кодовое название NVDRAM (non-volatile dynamic random access memory), демонстрирует тактовую частоту записи на уровне 70–120 наносекунд. Для сравнения: цикл записи современной 3D NAND флеш-памяти составляет около 300 микросекунд — разница в тысячи раз.
Почему FeRAM не стала массовой и что изменилось
Технология сегнетоэлектрической памяти (FeRAM) известна более двух десятилетий. Её ключевые преимущества — высокая устойчивость к радиации, магнитным полям и экстремальным температурам — сделали её незаменимой в станках с ЧПУ, медицинских имплантах и бортовой электронике спутников. Однако плотность размещения ячеек оставалась критическим ограничением: каждый бит требует наличия пьезокерамического конденсатора из цирконат-титаната свинца (PZT), что физически увеличивает площадь кристалла.
До сих пор максимальная ёмкость коммерческих чипов FeRAM не превышала 128 Мбит. NAND-память, благодаря многослойной архитектуре и снижению техпроцесса, заняла доминирующее положение в сегменте хранения данных. Даже технология 3D XPoint (известная как Intel Optane), разработанная Micron совместно с Intel, не смогла конкурировать с NAND по стоимости за гигабайт. Теперь, судя по косвенным данным, Micron нашла способ радикально увеличить плотность ячеек FeRAM, сохранив их уникальные свойства.
Технические характеристики прототипа NVDRAM
Опытный образец, продемонстрированный за закрытыми дверями, выдерживает до 1015 циклов перезаписи. Это на несколько порядков превосходит показатели конкурентных разработок Fujitsu, Infineon, SK Hynix и Toshiba, не говоря уже о стандартной NAND-памяти, ресурс которой ограничен несколькими тысячами циклов. Время удержания заряда в ячейке заявлено на уровне 10 лет — стандартный показатель для энергонезависимой памяти.
Micron намеренно дистанцируется от термина NVRAM, чтобы избежать путаницы с другими типами энергонезависимой памяти (например, MRAM или RRAM). Название NVDRAM подчёркивает, что по скорости работы новый чип приближается к DRAM, но при этом не требует постоянного обновления заряда.
Предположительно, ключевые патенты и производственные мощности были получены Micron в 2013 году после приобретения активов японской компании Elpida. Заводы тайваньских Inotera Memories и Nanya Technology, ранее принадлежавшие Infineon, уже имели опыт выпуска FeRAM-чипов, что могло обеспечить Micron необходимой технологической базой для масштабирования.
Главный инженерный вопрос, на который пока нет публичного ответа: каким образом разработчикам удалось уменьшить размер ячейки, традиционно состоящей из управляющего транзистора и крупного пьезокерамического конденсатора. Если решение найдено, это может означать смену парадигмы в производстве энергонезависимой памяти.
Попытки внедрить альтернативные типы памяти в сегмент хранения данных предпринимались неоднократно. Технология 3D XPoint, запущенная в производство в 2017 году, так и не смогла занять значимую долю рынка из-за высокой себестоимости и недостаточной ёмкости кристаллов. FeRAM, в отличие от 3D XPoint, имеет принципиально иной физический принцип работы — переключение поляризации сегнетоэлектрика, а не изменение фазового состояния материала. Это обеспечивает более предсказуемое поведение при циклических нагрузках и меньший разброс параметров.
Появление 32-Гбит кристалла FeRAM способно изменить расстановку сил в нескольких сегментах. Для систем искусственного интеллекта, где критична скорость доступа к большим объёмам данных и устойчивость к износу, NVDRAM может стать промежуточным звеном между DRAM и NAND. В аэрокосмической отрасли, где радиационная стойкость является обязательным требованием, появление чипов большой ёмкости позволит отказаться от дорогостоящих схем резервирования. Однако коммерческий успех будет зависеть от того, сможет ли Micron обеспечить себестоимость производства на уровне, сопоставимом с 3D NAND при аналогичных объёмах выпуска. Пока компания не раскрывает ни техпроцесс, ни планы по запуску массового производства.
