Bericht versturen

Nieuws

March 11, 2021

Meer Gegevens, Meer geheugen-Schrapende Problemen

Het geheugen ziet allerhande druk onder ogen aangezien de eisen voor grotere capaciteit, lagere kosten, snellere snelheden groeien, en lagere bevoegdheid om de aanval van nieuwe gegevens te behandelen die dagelijks worden geproduceerd. Of het reeds lang gevestigde geheugentypes of nieuwe benaderingen is, wordt het voortdurende werk vereist houden schrapend zich vooruit het bewegen aangezien onze behoefte aan geheugen aan een versnellend tempo groeit.

De „gegevens zijn de nieuwe economie van deze wereld,“ bovengenoemde Naga Chandrasekaran, hogere ondervoorzitter van technologische ontwikkeling bij Micron in een plenaire presentatie op de recente IEDM-conferentie.

Chandrasekaran gaf sommige voorbeelden die de explosie in gegevens illustreren. Voor alleen gezondheidszorg, produceerde de industrie 153 exabytes van gegevens in 2013, een aantal waarschijnlijk waardoor 15 keer in 2020 groeide. Er ook zijn 10 miljard mobiele apparaten in gebruik, elk waarvan nieuwe gegevensreeksen zal produceren zal, opslaan zal, delen en stromen. Op wereldschaal, is de totale hoeveelheid die gegevens elke dag ergens op de orde van 2,5 quintillion bytes worden geproduceerd, en het aantal neemt snel toe.

Deze golf van gegevens was een grote bestuurder achter de groei van de spaanderindustrie in 2020. Bij het SEMI Symposium van de de Industriestrategie richtte deze week, analisten aan dat als één van de grote verrassingen in de voortdurende groei van de spaanderindustrie, ondanks verwachtingen dat de aantallen tank toe te schrijven aan pandemic.

Het „geheugen was een belangrijk element,“ bovengenoemd Mario Morales, programmaondervoorzitter voor het toelaten van technologieën en halfgeleiders bij IDC. Het „geheugen kweekte 10,8%. Maar NAND groeide meer dan 30%.“

Elk van deze gegevens vereisen geheugen door zijn levenscyclus, en de IEDM-presentatie maakte drie primaire zorgen voor drie categorieën van geheugen op: BORREL, NAND flits, en nieuwe technologieën.

BORREL het schrapen uitdagingen
De BORREL blijft een belangrijk onderdeel van de meeste oplossingen. Het wordt bewezen, goedkoop, en over het algemeen betrouwbaar. Maar het is ook verre van volmaakt. De drie die kwesties bij IEDM worden benadrukt behandelen rowhammer, betekenismarge, en de poortstapel.

„Aan de kant van het BORRELapparaat met het voortdurende zij schrapen, staan wij voor uitdagingen met rijhamer, die een wijd bekend fenomeen is waar, wanneer een woordlijn voortdurend [namelijk wordt het gehamerd] wordt gericht, last neigen om in valplaatsen bij de interface te accumuleren,“ bovengenoemde Chandrasekaran van het Micron. „Later, wanneer deze lasten worden vrijgegeven, wegens afwijkingsverspreiding, migreren zij aan naburige beetjes en resultaten verantwoordelijke aanwinst. Dit kan een gegeven-verlies mechanisme veroorzaken en kan een veiligheidsuitdaging zijn.“

De afdrijvende lasten storen langzaam de inhoud van naburige cellen – een klein beetje met elke toegang. Na genoeg tijden in snelle successie, kunnen de slachtoffercellen hun staat voor volgende verliezen verfrissen cyclus.

Wendy Elsasser, voorname ingenieur bij goedgekeurd Wapen. „De rijhamer blijft een significante veiligheidszorg, en het is gedocumenteerd in veelvoudige documenten over hoe de beetjes kunnen wegknippen om in veilige gebieden van geheugen toegang te krijgen,“ zij zei.

Dit is geen nieuw probleem, maar de basiskwestie wordt slechter met elke generatie. „Aangezien wij BORREL met het vlak schrapen schrapen, kan het naburige celeffect een effect van de dichtbijgelegen-buurcel worden, en meer cellen neigen beïnvloed te worden,“ bovengenoemde Chandrasekaran. „En dit probleem wordt enkel slechter aangezien wij dunnere Borrels blijven schrapen.“

Omdat dit een opwindend probleem om is geweest helemaal te elimineren, hebben de oplossingen zich bij de controle geconcentreerd – of vroeg uitgevend verfris me om eender welke verzwakte cellen of het verhinderen van verdere toegang opnieuw te vestigen nadat een grens is bereikt. JEDEC heeft sommige wijzen en bevelen toegevoegd, die zich op zowel de BORRELspaander als het BORRELcontrolemechanisme concentreren, maar die zijn matigingen, niet een oplossing aan de wortel-oorzaak kwestie.

De logica kan aan de BORREL zelf worden toegevoegd om mogelijke aanvallen te ontdekken, en geheugenip de scheppers hebben gewerkt om sterkere bescherming in te bouwen. „Wij besteden hardwarelogica om dergelijke toegangen te ontdekken, en dan beperken wij proactively toegang tot die rijen,“ nam nota van Vadhiraj Sankaranarayanan, hogere technische op de markt brengende manager in Synopsys. „Maar het is niet prestaties-efficiënt dat. Een alternatief zou zijn de rijen naast die rijen proactively te verfrissen die.“ gehamerd worden

Om prestaties en machtsredenen, is enkele verantwoordelijkheid om aanvallen te ontdekken gezet in het controlemechanisme. „Er zijn een verscheidenheid van technieken die in het controlemechanisme kunnen worden aangewend, omdat het controlemechanisme is die het verkeer bewerkt die tot het kanaal,“ toegevoegde overgaan Sankaranarayanan.

In verband met de worteloorzaak, gaan de cel-verbetering techniekinspanningen verder, maar de ooit-smallere cellen maken tot dit een voortdurende uitdaging — wanneer vooral gekoppeld aan de behoefte om matrijzengrootte redelijk te houden en om het even welke extra verwerking of materialenkosten te minimaliseren.

De volgende uitdaging wanneer de schrapende BORREL versmallende betekenis-versterker marge impliceert. „De betekenismarge zal wanneer de dalingen van de celcapacitieve weerstand verminderen, die ons ertoe aanzetten om de beeldverhouding te verhogen en nieuwe materialen te introduceren,“ bovengenoemde Chandrasekaran. „Maar zelfs met het meest ideale diëlektrische materiaal – een luchthiaat – de beetje-lijn weerstand/capacitieve weerstandskenmerken zullen worden uitgedaagd aangezien wij schrapen, omdat er bijna geen ruimte tussen twee beetjeslijnen is. En dit beperkt welke diëlektrische materialen kunnen aanbrengen wij en uiteindelijk onze betekenismarge.“ uitdagen

Bovendien leiden de kleinere transistors onrechtstreeks tot verminderde betekenismarge. „Als transistorgebied van betekenis wordt de versterkers verminderd zodat wij betere serieefficiency kunnen krijgen, zal de drempel-voltage variatie stijgen,“ hij zei. Dit is een bepaalde uitdaging voor analoge kringen, en het zal het voortdurende werk voor het voortdurende schrapen vereisen.

Het schrapen met traditionele goedkope de poortstapel van de Borrel komt ook macht en prestatieskwesties tegen. Een „krachtige CMOS polycrystalline-siliciumpoort met siliciumoxynitride poort-oxyde technologie is de heersende stroming in de BORRELindustrie voor decennia,“ bovengenoemde Chandrasekaran geweest. „Het is goed - het geweten, en het is een zeer goede kostenoplossing. Nochtans, staat het voor verscheidene uitdagingen in vergadering vereiste EOT (gelijkwaardige oxydedikte) schrapend om macht en prestaties te ontmoeten.“

Een alternatieve oplossing is het hoog-k poortoxyde en de metaal-poort CMOS. Beide technologieën zijn gemeenschappelijk in de wereld van de logicatechnologie geweest en een aantrekkelijke optie voor geheugencmos het schrapen geweest. Dit zal betere aandrijving, ook minder variatie, en transistor passende kenmerken verstrekken.

Maar het is niet alleen een eenvoudige zaak van omschakelingsprocessen. De goedkeuring van deze technologie in geheugen zal zorgvuldige apparatentechniek vereisen om periferie en randapparaten toe te laten en goede verenigbaarheid met serieintegratie te hebben. En elk van dit moet gebeuren terwijl het houden van de gebegeerde doenbaarheid van de Borrel.

3D flits het schrapen uitdagingen
De beweging van vlak aan 3D gestapeld NAND flashgeheugen, voorlopig, heeft de kwestie van het hebben van ook weinig opgeslagen elektronen door de celgrootte in de nieuwe richtlijn te verhogen verminderd. Maar als aantal lagen stijgt — reeds in honderden — koord zullen de huidige, geïntegreerde CMOS transistors, en de fysieke robuustheid aandacht vergen.

De koordstroom markeert aangezien het koord langer wordt. „Het verhogen van het verticale schrapen zal absoluut koordstroom uitdagen en zal het ontdekken verrichting moeilijker,“ bovengenoemde Chandrasekaran maken. De koordstroom moet al manier door de lagen en dan de file neer reizen opnieuw. De meer lagen, langer en weerstand meer biedend deze weg zijn, verminderend de stroom.

Een bepaalde uitdaging is het feit dat het kanaalmateriaal polysilicon, met verminderde mobiliteit en een sterke afhankelijkheid van de korrelgrootte en de valdichtheid is. „Het controleren van de korrelgrootte in deze hoog-aspectenverhouding structuren is een grote uitdaging. De zo nieuwe manieren van deposito en behandeling worden vereist,“ bovengenoemde Chandrasekaran.

Alternatief, kunnen de nieuwe materialen helpen koord huidige intact houden. „Er zijn verscheidene nieuwe materialen die ook als alternatieve kanaalmaterialen worden beschouwd, die waarschijnlijk de koordstroom zullen verbeteren,“ hij zei. „Maar zij verstrekken ook nieuwe uitdagingen in termen van betrouwbaarheidsmechanismen en de celkenmerken zelf.“

De verdere rijhoogte die (die) schrapen verticaal is kan ook helpen, maar het vermindert de grootte van de cel, die zich terug in de richting van het opslaan van ook weinig elektronen bewegen. Dit zal uiteindelijk een grens raken en zal het voordeel van de grotere celgrootte in 3D NAND verminderen als de woord-lijn hoogte blijft schrapen. „Op de lange termijn, zult u genoeg ruimte voor de cel niet hebben, en wij zullen voor dezelfde uitdagingen vlak NAND met weinig-elektronengevolgen staan,“ hij zei.

Ondertussen, is er een behoefte aan overgang aan geavanceerdere CMOS verwerking aan het randschakelschema opdat het omhoog met vereiste macht en prestaties houdt. Dit weergalmt de behoefte om zich aan hoog-Κ metaalpoorten in BORREL te bewegen – brengend de behoefte aan zorgvuldige apparatentechniek om aan de vereisten van zowel de geheugencellen als de logica te voldoen.

En tenslotte, aangezien meer lagen worden toegevoegd, wordt het een uitdaging om de matrijs genoeg voor laag-profieltoepassingen zoals celtelefoons dun te houden – terwijl het handhaven van genoeg bulksilicium voor robuuste behandeling. „Over de daarna verscheidene generaties, om aan vorm-factor en pakket de eisen ten aanzien van mobiele oplossingen te voldoen, zal de dikte van de actieve apparaten bovenop het silicium hoger dan de siliciumdikte zelf,“ bovengenoemde Chandrasekaran zijn. „Het leidt tot nieuwe achterste deel behandelende uitdagingen, en wafeltjewarpage wordt een grote kwestie. De matrijzensterkte en de behandeling van wafeltjes gaan een nieuwe uitdaging zijn die onze technologische ontwikkeling van het achterste deelmateriaal.“ drijft

Nieuwe geheugenuitdagingen
Talrijke technologieën wedijveren om het volgende belangrijkste niet-vluchtige geheugen te zijn. Deze omvatten phase-change geheugen (PCRAM), weerstand biedend RAM (RRAM/ReRAM), magnetoresistive RAM (MRAM), en, vroeger in het ontwikkelingsproces, ferroelectric RAM (FeRAM), en correleren-elektron RAM (CERAM). Terwijl PCRAM productie in de kruisingsgeheugen van Intel heeft geraakt, en stt-MRAM verhoogde integratie ziet, kan geen van deze technologieën de mantel van volgende groot ding solo vandaag eisen. De belangrijkste uitdagingen hebben grotendeels op betrouwbaarheid en het gebruik van nieuwe materialen betrekking.

MRAM is één van de hoopvollere nieuwe leden in dit ras. „MRAM is een type van geheugen dat magnetische staten van materialen gebruikt om informatie op te slaan, die van op last-gebaseerd geheugen zoals BORREL en flits zeer verschillend is,“ verklaarde Meng Zhu, product op de markt brengende manager bij KLA. Terwijl dat eenvoudig kan klinken, is MRAMs ook moeilijker te bouwen dan bestaand geheugen toe te schrijven aan dunne lagen en de verschillende die materialen in die lagen worden gebruikt.

Eveneens, baseert PCRAM zich op chalcogenides voor zijn cel. RRAMs hangt van een dun isolerend materiaal af. En FeRAM vergt materialen die in een ferroelectric staat kunnen schakelen. CERAM is vroeg in ontwikkeling dat zijn samenstelling nog niet genoeg reeds lang gevestigd is, maar de nieuwe materialen en de gevoelige assemblage zijn waarschijnlijk.

De vraag voor elk van deze nieuwe geheugentypes is hoe zij na verloop van tijd en meer dan miljoenen lees-schrijfverrichtingen zullen steunen. „Veel van de belangrijke nieuwe geheugenoplossingen staan nieuwe voor betrouwbaarheid-mechanisme uitdagingen die zich moeten begrijpen,“ bovengenoemde Chandrasekaran.

MRAM, verder zijnd langs dan enkele andere technologieën, verstrekt een goed voorbeeld van de soorten details die van belang zijn. Het „belangrijkste analysemechanisme voor MRAM is slijtage-uit van zijn dunne MgO barrière,“ bovengenoemde Zhu. „Wanneer de barrière tekorten, zoals speldeprikken of materiële zwakke punten heeft, kan de weerstand van de verbinding geleidelijk aan na verloop van tijd verminderen en kan ook tot een plotselinge daling in weerstand (analyse) leiden.“

De andere geheugentypes hebben om hun eigen betrouwbaarheidsmechanismen nog te identificeren en te beheren. De kwesties van duurzaamheid en gegevensbehoud duren voort, en de evolutie van celweerstand is na verloop van tijd van cruciaal belang – vooral wanneer de cellen voor gebruik in analoog geheugen voor toepassingen zoals in-geheugen gegevens verwerkend voor machine het leren worden overwogen.

Om aan de uitdagingen toe te voegen, zijn veel van deze nieuwe geheugencellen gevoelig voor temperatuur, en hun materialen kunnen niet goed met enkele reeds lang gevestigde gassen en andere die chemische producten traditioneel in wisselwerking staan in het halfgeleiderproces worden gebruikt.

„De meeste materialen in deze geavanceerde geheugenoplossingen zijn worden gebruikt temperatuur en chemisch-gevoelig,“ bovengenoemde Chandrasekaran die. „Dit vereist inleiding van verwerking bij lage temperatuur en omringende controle in onze fabs, en het beperkt ook het gebruik van bekende gassen en chemische producten omdat zij om met de celmaterialen neigen te reageren en hun prestaties te beïnvloeden. Dergelijke beperkingen zullen niet alleen het moeilijk maken om deze materialen te verwerken, maar ook meer kosten toe te voegen.“ Bepalen van een stroom dat beide gebruiks lagere temperaturen en verhindert chemische celdegradatie noodzakelijk zal zijn voor dit geheugen om de heersende stroming in te gaan.

Terwijl de lijst van uitdagingen bij IEDM blijk van worden gegeven van in geen geval volledig is, stelt het de industrie met een inzameling van de uitdaging van verbeteringen voor die moeten worden gemaakt houden schrapend aan een tempo dat omhoog met evoluerende systeemvereisten kan houden dat. Meer gegevens vereisen meer verwerking en meer geheugen, en er zijn veel manieren om deze kwestie te behandelen. Maar geen benadering zal alle problemen oplossen, en aangezien meer gegeven wordt geproduceerd en meer soorten geheugen worden geïntroduceerd, zal er extra problemen zijn die zelfs niet nog zijn ontdekt. Van Bryon Moyer

Contactgegevens