Intel y SK Hynix muestran dos caminos para el futuro de la memoria flash

A medida que aumenta la demanda de almacenamiento de datos, los fabricantes de semiconductores se apresuran a aumentar la densidad de los chips de memoria y reducir el costo por bit. Intel y SK Hynix presentaron dos avances importantes que apuntan a unidades de memoria de estado sólido más baratas y con mayor capacidad en la 70ª Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido (ISSCC) de IEEE, celebrada en San Francisco a fines de febrero.

Intel presentó el primer chip de memoria flash NAND tridimensional que almacena cinco bits de datos en cada celda flash NAND. Eso es un poco más que las unidades de 4 bits por celda que están disponibles comercialmente en la actualidad. El chip de 192 capas cuenta con la densidad de datos más alta hasta el momento con 23 gigabits por milímetro cuadrado y puede almacenar hasta 1,67 terabits de datos en total.

Mientras tanto, SK Hynix de Corea ha cruzado el umbral de las 300 capas con un chip de memoria flash NAND de 1 Tb. El chip almacena 3 bits por celda (llamada celda de triple capa o TLC) y tiene la velocidad de escritura más alta reportada hasta el momento, a 194 megabytes por segundo. Anteriormente, Samsung tuvo el mejor rendimiento de escritura a 184 MB/s para una memoria flash NAND de 3 bits por celda que presentó en el ISSCC 2021.

"Creo que presentamos la mejor densidad y rendimiento de escritura para un producto TLC", dice Seungpil Lee, vicepresidente del departamento de diseño NAND de SK Hynix.

Los fabricantes de memoria flash NAND dieron el salto de 2D a 3D en la última década para superar las limitaciones de la reducción del tamaño de las funciones. Desde entonces, han aumentado regularmente la densidad de almacenamiento aumentando la cantidad de capas de celdas flash en un chip o aumentando la cantidad de bits almacenados en cada celda. Hynix e Intel tomaron esos dos caminos contrastantes: Hynix apilando más capas, Intel densificando bits.

TLC es el flash más utilizado en la actualidad, a pesar de que hay chips de 4 bits por celda en el mercado. Lee dice que Hynix está buscando aumentar tanto el número de capas como el número de bits por celda. Más capas dan un mayor rendimiento y densidad de bits en TLC, dice. Aumentar la cantidad de bits por celda, por otro lado, puede brindar una memoria más grande y económica, pero afecta el rendimiento al comprometer las velocidades de lectura y escritura.

En la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos de IEEE de 2021, el presidente de Samsung, Kinam Kim, predijo que el flash de 1000 capas podría ser posible para 2030. Eso es un gran desafío desde el punto de vista de la fabricación. Las celdas flash se fabrican grabando orificios angostos y profundos a través de capas alternas de conductor y aislante, y luego rellenando los orificios con dieléctrico y otros materiales. Grabar y rellenar orificios lo suficientemente profundos de manera confiable y rápida a través de un número creciente de capas es un límite clave para la tecnología.

Más allá del problema de la fabricación, cuando el número de capas de la pila supera las 300, mejorar el rendimiento de la memoria NAND se vuelve cada vez más desafiante, dice Lee. Esto se debe a que cada capa de la pila debe hacerse más delgada, lo que aumenta la resistencia. Esto introduce errores y reduce las velocidades de lectura y escritura. Hynix utilizó cinco técnicas diferentes para superar esos desafíos y lograr un alto rendimiento de escritura con 300 capas.

Intel dice que pudo desarrollar su nuevo chip de alta densidad de 5 bits por celda gracias a la tecnología de celdas NAND de puerta flotante con la que optó por seguir. Ese diseño almacena bits en una capa conductora. La mayoría de los demás fabricantes han elegido la otra tecnología principal de celdas flash, el flash de trampa de carga, en el que las cargas se almacenan en una capa dieléctrica, porque reduce los costos de fabricación.

Pasar a 5 bits por celda genera preocupaciones de menor resistencia y velocidades. Intel implementó algoritmos especiales de lectura rápida para superar eso. Además, la compañía dice que el nuevo chip también se puede operar en modo de 3 o 4 bits por celda.

Micron Technology fue la primera en cruzar la marca de las 200 capas, el año pasado, y ahora está aceptando pedidos para su tecnología de memoria flash NAND de 232 capas que tiene una densidad de almacenamiento de bits de 14,6 gigabits por milímetro cuadrado, el doble que la de la competencia en el mercado. El mercado. Para no quedarse atrás, SK Hynix dice que comenzará la fabricación en volumen de sus chips TLC NAND de 238 capas este año.