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As memórias de todos os tipos estão enfrentando pressões enquanto as procuras crescem para que a maior capacidade, umas velocidades mais baratas, mais rápidas, e um mais baixo poder segure a ofensiva dos dados novos que estão sendo gerados diariamente. Se é tipos bem conhecidos da memória ou aproximações novas, o trabalho continuado é exigido para manter-se escalar mover-se para a frente como nossa necessidade para a memória cresce em um ritmo de aceleração.

Os “dados são a economia nova deste mundo,” disse o Naga Chandrasekaran, vice-presidente superior do desenvolvimento de tecnologia no mícron em uma apresentação plenária na conferência recente de IEDM.

Chandrasekaran deu alguns exemplos que ilustram a explosão nos dados. Para cuidados médicos apenas, a indústria gerou 153 exabytes dos dados em 2013, um número que crescesse provavelmente em 15 vezes em 2020. Igualmente há 10 bilhão dispositivos móveis no uso, cada qual gerará, armazenará, compartilhará e fluirá de séries de dados novas. Em uma escala global, a quantidade total de dados que estão sendo gerados cada dia está em algum lugar na ordem de 2,5 bytes do quintilião, e o número está aumentando rapidamente.

Esta onda dos dados era um motorista grande atrás do crescimento da indústria da microplaqueta em 2020. No simpósio da estratégia da indústria de SEMI esta semana, analistas apontou àquela como uma das surpresas grandes no crescimento continuado da indústria da microplaqueta, apesar das expectativas que os números tanque devido à pandemia.

A “memória era um elemento importante,” disse Mario Morales, vice-presidente do programa para permitir tecnologias e semicondutores em IDC. A “memória cresceu 10,8%. Mas o NAND cresceu mais de 30%.”

Todos estes dados exigem a memória ao longo de seu ciclo de vida, e a apresentação de IEDM apresentou três preocupações principais para três categorias de memória: Flash da GOLE, do NAND, e tecnologias emergentes.

Desafios da escamação da GOLE
A GOLE permanece um componente-chave da maioria de soluções. Prova-se, barato, e geralmente seguro. Mas é igualmente longe de perfeito. As três edições destacaram no negócio de IEDM com rowhammer, margem do sentido, e a pilha da porta.

“No lado do dispositivo da GOLE com escamação lateral continuada, nós estamos enfrentando desafios com martelo da fileira, que é um fenômeno de conhecimento geral onde, quando uma linha de palavra está endereçada continuamente [isto é, obtém martelada], carga tende a acumular em locais da armadilha na relação,” disse o Chandrasekaran do mícron. “Mais tarde, quando estas cargas são liberadas, devido derivar a difusão, migram a ganho responsável vizinho dos bocados e dos resultados. Isto pode causar um mecanismo da dados-perda e pode ser um desafio da segurança.”

As cargas de derivação perturbam lentamente os índices de pilhas vizinhas – um pouco com cada acesso. Depois que bastante vezes na sucessão rápida, as pilhas da vítima podem perder seu estado antes do seguinte refresque o ciclo.

Wendy Elsasser, distinto coordenador no braço, concordou. Da “o martelo fileira permanece um problema de segurança significativo, e foi documentado em papéis múltiplos sobre como os bocados podem lançar para aceder em regiões seguras de memória,” ela disse.

Este não é um problema novo, mas a edição básica está obtendo mais má com cada geração. “Porque nós escalamos a GOLE com escamação planar, o efeito vizinho da pilha pode transformar-se um efeito da pilha do próximo-vizinho, e mais pilhas tendem a obter impactadas,” disse Chandrasekaran. “E este problema apenas está obtendo mais mau enquanto nós continuamos a escalar umas goles mais finas.”

Porque este foi um problema desafiante para eliminar imediato, as soluções centraram-se sobre o controle – ou emitindo cedo refresque para restabelecer todas as pilhas enfraquecidas ou impedir um acesso mais adicional após um limite foi alcançado. JEDEC adicionou alguns modos e comandos, focalizando na microplaqueta de GOLE e no controlador da GOLE, mas aquelas são as mitigação, não uma solução à edição da causa origem.

A lógica pode ser adicionada à GOLE própria para detectar ataques possíveis, e os criadores do IP da memória têm trabalhado para construir em umas proteções mais fortes. “Nós gastamos a lógica do hardware para detectar tais acessos, e então nós limitamos dinamicamente o acesso 2 aquelas fileiras,” notamos Vadhiraj Sankaranarayanan, diretor de marketing técnico superior em Synopsys. “Mas não é aquele desempenho-eficaz. Uma alternativa seria refrescar dinamicamente as fileiras junto 2 aquelas fileiras que obtêm marteladas.”

Para razões do desempenho e do poder, alguma da responsabilidade para detectar ataques foi posta no controlador. “Há uma variedade de técnicas que podem ser empregadas no controlador, porque o controlador é esse que orquestra o tráfego que vai no canal,” Sankaranarayanan adicionaram.

A respeito da causa origem, os esforços de engenharia da pilha-melhoria continuam, mas umas pilhas nunca-mais estreitas fazem a isto um desafio de continuação — especialmente quando acoplado com a necessidade de manter tamanhos do dado razoáveis e de minimizar alguns custos adicionais do processamento ou dos materiais.

O desafio seguinte ao escalar a GOLE envolve reduzir a margem do sentido-amplificador. Do “a margem sentido reduzir-se-á quando as diminuições da capacidade da pilha, conduzindo nos para aumentar o prolongamento e para introduzir materiais novos,” disse Chandrasekaran. “Mas mesmo com o material dielétrico o mais ideal – uma diferença de ar – a bocado-linha resistência/características da capacidade será desafiada como nós escalamos, porque não há quase nenhum espaço entre duas linhas mordidas. E isto limita que materiais dielétricos nós podemos pôr dentro e desafiamos eventualmente nossa margem do sentido.”

Além, os transistor menores estão conduzindo indiretamente à margem reduzida do sentido. “Enquanto a área do transistor de amplificadores do sentido obtém reduzida de modo que nós possamos obter a melhor eficiência da disposição, a variação da ponto-tensão aumentará,” disse. Este é um desafio particular para circuitos análogos, e exigirá o trabalho continuado para a escamação continuada.

Escalar com a pilha barata tradicional da porta da gole igualmente está correndo em edições do poder e de desempenho. “Uma porta de capacidade elevada do policristalino-silicone do CMOS com tecnologia do porta-óxido do oxynitride do silicone foi o grosso da população na indústria da GOLE por décadas,” disse Chandrasekaran. “É conhecida, e é uma solução custada muito boa. Contudo, está enfrentando diversos desafios na reunião exigiu EOT (a espessura equivalente do óxido) que escala para encontrar o poder e o desempenho.”

Uma solução alternativa é o óxido da porta e a metal-porta altos-k CMOS. Ambos tecnologias foram comuns no mundo da tecnologia da lógica e são uma opção atrativa para a escamação do CMOS da memória. Isto igualmente fornecerá a melhor movimentação, a menos variação, e características de harmonização do transistor.

Mas não é apenas uma coisa fàcil de processos de comutação. A adoção desta tecnologia na memória exigirá o dispositivo cuidadoso que projeta para permitir dispositivos da periferia e da borda e para ter a boa compatibilidade com integração da disposição. E toda a esta precisa de acontecer ao manter a disponibilidade cobiçada da gole.

desafios 3D de escamação instantâneos
O movimento de planar a 3D empilhou a memória Flash do NAND tem, pelo momento, aliviou a introdução de ter demasiado poucos elétrons armazenados aumentando o tamanho de pilha na orientação nova. Mas como o número de aumentos das camadas — já nas centenas — os transistor atuais, integrados da corda do CMOS, e o vigor físico precisarão a atenção.

A corrente da corda está embandeirando enquanto a corda se torna mais por muito tempo. “Aumentar a escamação vertical desafiará definidamente para amarrar atual e para fazer a operação de detecção mais difícil,” disse Chandrasekaran. A corrente da corda deve viajar toda a maneira para baixo com as camadas e então suportar outra vez. Mais camadas, o mais longo e o mais resistive este trajeto são, abaixando a corrente.

Um desafio particular é o fato de que o material do canal é polysilicon, com mobilidade reduzida e uma dependência forte no tamanho de grão e na densidade da armadilha. “Controlar o tamanho de grão nestas estruturas da relação do alto-aspecto é um grande desafio. As maneiras tão novas de depósito e de tratamento são exigidas,” disse Chandrasekaran.

Alternativamente, os materiais novos podem ajudar a manter intacto atual da corda. “Há diversos materiais novos que estão sendo considerados igualmente como os materiais do canal alternativo, que melhorarão provavelmente a corrente da corda,” ele disse. “Mas igualmente fornecem desafios novos em termos dos mecanismos da confiança e das características próprios da pilha.”

Promova a escamação do passo de fileira (que é vertical) igualmente pode ajudar, mas reduz o tamanho da pilha, movendo na direção de armazenar demasiado poucos elétrons. Isto baterá um limite eventualmente e diminuirá a vantagem do tamanho de pilha maior em 3D NAND se a palavra-linha passo continua a escalar. “A longo prazo, você não terá bastante espaço para a pilha, e nós enfrentaremos os mesmos desafios que NAND planar com efeitos do pouco-elétron,” disse.

Entrementes, há uma necessidade à transição a um CMOS mais avançado que processa para os circuitos periféricos para que prossigam com poder e desempenho exigidos. Isto ecoa a necessidade de mover-se para portas altas-Κ do metal na GOLE – trazer a necessidade para o dispositivo cuidadoso que projeta a fim cumprir as exigências das pilhas de memória e da lógica.

E finalmente, como mais camadas são adicionadas, transforma-se um desafio para manter o dado finamente bastante para aplicações do perfil baixo como telefones celulares – ao manter bastante silicone maioria para a manipulação robusta. “Durante diversas gerações seguintes, a fim cumprir as exigências do fatora de formulários e do pacote para soluções móveis, a espessura dos dispositivos ativos sobre o silicone será mais alta do que a espessura própria do silicone,” disse Chandrasekaran. “Cria desafios de manipulação no final do processo novos, e o warpage da bolacha transforma-se uma edição grande. Morre a força e a manipulação das bolachas está indo ser um desafio novo que conduza nosso desenvolvimento de tecnologia no final do processo do equipamento.”

Desafios emergentes da memória
As tecnologias numerosas são competitivos ser a memória permanente principal seguinte. Estes incluem a memória da fase-mudança (PCRAM), RAM resistive (RRAM/ReRAM), RAM magnetoresistive (MRAM), e, mais cedo no processo de desenvolvimento, em RAM ferroelectric (FeRAM), e no correlacionar-elétron RAM (CERAM). Quando PCRAM bater a produção em memórias do cruzamento de Intel, e STT-MRAM está vendo a integração aumentada, nenhumas destas tecnologias podem hoje reivindicar o envoltório de solo da coisa grande seguinte. Os desafios principais relacionam-se pela maior parte à confiança e ao uso de materiais novos.

MRAM é um dos principiantes mais esperançosos nesta raça. “MRAM é um tipo de memória que usa estados magnéticos de materiais para armazenar a informação, que é muito diferente das memórias carga-baseadas tais como a GOLE e o flash,” explicou Meng Zhu, gerente de marketing de produto em KLA. Quando isso puder soar simples, MRAMs é igualmente mais difícil de construir do que as memórias existentes devendo diluir camadas e os materiais diferentes usados naquelas camadas.

Igualmente, PCRAM confia em chalcogenides para sua pilha. RRAMs depende de um material de isolamento fino. E FeRAM precisa os materiais que podem comutar em um estado ferroelectric. CERAM é cedo bastante durante o processo de desenvolvimento que sua composição não é ainda bem conhecida, mas os materiais novos e o conjunto delicado são prováveis.

A pergunta para todos estes tipos novos da memória é como sustentarão ao longo do tempo e sobre milhões de operações de leitura/gravação. “Muitas das soluções emergentes principais da memória enfrentam os desafios novos do confiança-mecanismo que precisam de ser compreendidos,” disseram Chandrasekaran.

MRAM, ser mais distante avante do que algumas das outras tecnologias, fornece um bom exemplo dos tipos dos detalhes que importam. “O mecanismo principal da divisão para MRAM é o desgaste-para fora de sua barreira fina do MgO,” Zhu disse. “Quando a barreira tem os defeitos, tais como furo de pino ou pontos fracos materiais, a resistência da junção podem gradualmente diminuir ao longo do tempo e podem igualmente conduzir a uma gota repentina na resistência (divisão).”

Os outros tipos da memória têm para identificar e controlar ainda seus próprios mecanismos da confiança. As perguntas da retenção da resistência e dos dados persistem, e a evolução da resistência da pilha é ao longo do tempo da importância crítica – especialmente quando as pilhas são consideradas para o uso em memórias análogas para aplicações como a em-memória que computa para a aprendizagem de máquina.

Para adicionar aos desafios, muitas destas pilhas de memória novas são sensíveis à temperatura, e seus materiais não podem interagir bem com os alguns dos gás bem conhecidos e de outros produtos químicos usados tradicionalmente no processo do semicondutor.

“A maioria dos materiais usados nestas soluções avançadas da memória estão a uma temperatura e produto-sensível,” disse Chandrasekaran. “Isto exige a introdução de processamento de baixa temperatura e de controle ambiental em nossos fabs, e igualmente limita o uso de gás e de produtos químicos conhecidos porque tendem a reagir com os materiais da pilha e a afetar seu desempenho. Tais limitações farão não somente difícil processar estes materiais, mas igualmente adicionam mais custo.” Definir um fluxo que ambos os usos abaixam temperaturas e impede a degradação química da pilha será necessária para que estas memórias incorporem o grosso da população.

Quando a lista de desafios apresentados em IEDM for de modo algum exaustiva, apresenta a indústria com uma coleção das melhorias de desafio que devem ser feitas a fim se manter escalar em um ritmo que possa prosseguir com exigências do sistema em desenvolvimento. Mais dados exigem o processamento e a mais memória, e há uns lotes das maneiras de endereçar esta edição. Mas nenhuma aproximação resolverá todos os problemas, e como mais dados são gerados e mais tipos de memória estão introduzidos, haverá os problemas adicionais que nem sequer foram descobertos ainda. De Bryon Moyer