Pamięć RRAM wchodzi na rynek

Crossbar jest twórcą technologii RRAM (Resistive RAM), która pozwala produkować bardzo szybkie i pojemne, nieulotne pamięci RAM. Firma twierdzi, że po zastosowaniu w nich specjalnej technologii, pracują one obecnie tak niezawodnie, iż wkrótce na rynek trafią pierwsze takie układy. Będą one miały wielkość znaczka pocztowego i pojemność około 1 terabajta.

Crossbar obiecuje, że pierwsze opracowane przez nią układy 3D Resistive RAM (3D RRAM) trafią na rynek w 2016 i będą instalowane najpierw w mobilnych urządzeniach typu wearable, a w następnej kolejności – prawdopodobnie pod koniec 2017 roku – w standardowych urządzeniach mobilnych, pełniąc w nich rolę podobną do tej jaką obecnie odgrywają dyski SSD.

Wiele wskazuje na to, że układy RRAM zdetronizują z czasem tak popularne obecnie, nieulotne pamięci typy NAND/flash, których pojemności, szybkości pracy, jak również żywotności nie da się już raczej zwiększyć. I tak np. najnowsze układy flash mają żywotność nie przekraczającą 100 tys. cyklów wymazywania/zapisywania danych. Crossbar informuje, że opracowane przez nią układy 3D RRAM pracują dalej bezbłędnie nawet po 100 milionach takich cyklów.

Wafle używane do produkcji układów RRAM są dwa razy mniejsze od wafli flash.

Wafle używane do produkcji układów RRAM są dwa razy mniejsze od wafli flash.

Dzięki większemu zagęszczeniu elementów (w których przechowywane są dane), wafle używane do produkcji układów RRAM są dwa razy mniejsze od wafli używanych do produkowania układów flash. To też istotna zaleta tej technologii powodująca, że układy RRAM są tanie. Ocenia się, że układ RRAM mający taką samą wielkość, jak układ flash, może przechowywać 10 razy więcej danych oraz pobiera 20 razy mniej mocy. Kolejny ważny parametr to czas dostępu do danych. Również tu układy RRAM są bezkonkurencyjne, gdyż przechowywane na nich dane można odczytywać nawet do 100 razy szybciej.

Liczy się też to, że proces produkcji układów RRAM różni się niewiele od tego, z jaki mamy do czynienia w przypadku produkowania układów flash. To niezwykle ważne, gdyż potencjalni producenci układów scalonych RRAM nie muszą budować od podstaw zupełnie nowych linii produkcyjnych.

Crossbar musiał jednak uporać się z głównym problemem, jaki występuje w układach RRAM. Chodzi o zbyt wysoką stopę błędów, co jest spowodowane przeciekaniem elektronów między sąsiadującymi ze sobą komórkami pamięci. Można powiedzieć, że jest to uniwersalny problem, dotykający również pamięci flash. Jednak w przypadku układów RRAM jest on zwielokrotniony, głównie z powodu dużo większego zagęszczenia komórek pamięci. Są one usytuowane tak blisko siebie, że elektrony potrafią przeciekać z jednego tranzystora na drugi, co oczywiście powoduje błędy. Jest to zjawisko określane jako "sneak path current".

Twórcy pamięci flash (Samsung, Intel, Micron i inni) starają się rozwiązywać ten problem poprzez stosowanie coraz efektywniej pracujących systemów korekcji błędów (EEC; Error Correction Code). A warto wiedzieć, że najnowsze układy flash są produkowane przez użyciu technologii 3D NAND. Dlatego potrafią one zwierać do 32 usytuowanych przestrzennie warstw, każda zawierająca miniaturowe tranzystory o wielkości np. 25 czy 30 nanometrów.

Układ Resistive RAM wyprodukowany przez firmę Crossbar

Układ Resistive RAM wyprodukowany przez firmę Crossbar

W przypadku pamięci flash produkowanych przy użyciu technologii 2D (planarnej) tranzystory mają wielkość od 10 do 19 nanometrów. Wielkości takie trudno sobie właściwie wyobrazić, gdyż jeden nanometr to jedna miliardowa część metra, a ludzki włos jest 2 tys. razy grubszy od komórki pamięci flash wyprodukowanej przy użyciu technologii 25 nm.

Crossbar wyprodukował swoje pierwsze układy 3D RRAM przy użyciu technologii 20 nm. W układach flash komórkowa zapamiętuje „0” lub „1” wykorzystując technologię znaną pod nazwą Charge Trap Flach. Układ RRAM pracuje inaczej. Wykorzystuje specyficzne właściwości przewodzącego materiału, tzw. filamentu (rodzaj włókna), który znajduje się między trzema warstwami układu. Górna, metalowa warstwa, to przewodzącą prąd elektroda. Środkowa warstwa to amorficzny krzem, a dolna warstwa nie jest wykonana z metalu i nie przewodzi. Po przyłożeniu do skrajnych warstw układu napięcia, nanocząsteczki znajdujące się w górnej warstwie przenikają do warstw środkowej i tworzą filament. Gdy filament wchodzi w kontakt z warstwą dolną, komórka ma stan „1”. Po przyłożeniu napięcia w odwrotny kierunku filament wraca do warstwy górnej i komórka ma stan „0”.

Z zjawiskiem "sneak path current" czyli problemem przeciekania elektronów z jednej komórki do drugiej, Crossbar poradził sobie opracowując technologię FAST (Field-Assisted Superlinear Threshold). I to właśnie ta technologia sprawiła, że układy RRAM zaczęły pracować na tyle niezawodnie, że Crossbar mógł się pokusić o skierowanie ich do masowej produkcji.


TOP 200