Технологические решения на рынке флэш-памяти NAND

По данным аналитической компании DRAMexchange, в прошлом году рынок флэш-памяти, на котором после довольно долгого спада началось некоторое восстановление, делили между собой шесть игроков. Неизменным лидером здесь пока оставалась Samsung Electronics, но уже вплотную за ней следовала Toshiba. Борьба за третье место развернулась между Hynix и Micron Technology, а замыкали «великолепную шестерку» Intel и Numonix (в начале 2010 г. достигнуто соглашение о ее приобретении компанией Micron Technology).

Речь в данном случае идет о рынке NAND-устройств. Как известно, энергонезависимая флэш-память используется довольно широко, поскольку хранимые данные сохраняются и при выключенном электропитании. Эта память хранит информацию в массиве транзисторов с «плавающим» затвором, называемых ячейками. В устройствах с одноуровневыми ячейками SLC (Single-Level Cell) каждая така ячейка может хранить только один бит данных. Многоуровневые ячейки MLC (Multi-Level Cell), в свою очередь, могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на «плавающем» затворе транзистора. В основе флэш-памяти NAND-типа лежит логический элемент И-НЕ (NAND).

Странично-организованная NAND-память схожа с устройствами хранения блочного типа, к которым, например, относятся дисковые накопители. Именно такие микросхемы используются в картах памяти и твердотельных накопителях SSD. В основе флэш-памяти NOR лежит логический элемент ИЛИ-НЕ (NOR). Устройства подобного типа, реализующие побитовый случайный доступ, ближе к традиционной оперативной памяти и используются в основном для хранения исполняемого кода.

В прошлом году на рынке NAND хорошие результаты показывала Toshiba, которая (согласно данным компании iSuppli) в III квартале увеличила свой доход приблизительно в полтора раза (на 47,5%). В конце года эта компания выпустила устройство флэш-памяти NAND емкостью 64 Гбайт, совместимое со стандартом e-MMC 4.4. Оно включает отдельный контроллер и 16 кристаллов емкостью 32 Гбит каждый, которые изготовлены по нормам 32 нм и имеют толщину, уменьшенную до 30 мкм. Такие модули могут предлагаться либо самостоятельно, либо как часть MCP (Multi-Chip Package). Они предназначены для смартфонов, нетбуков и цифровых видеокамер. Как сообщает производитель, за счет применения новинок емкость встроенной памяти iPhone можно увеличить до 64 Гбайт, а iPod touch – до 128 Гбайт.

Мировой лидер в области технологий памяти, компания Samsung Electronics конец прошлого года отметила выпуском первой партии флэш-памяти NAND на основе технологии многоуровневых ячеек с соблюдением проектных норм 30 нм. Эти кристаллы предназначены для флэш-модулей 8 Гбит microSD карт совместно с 3-разрядными NAND контроллерами Samsung. Эффективность 3-разрядной памяти NAND на основе технологии многоуровневых ячеек по технологии 30 нм на 50% превосходит показатели наиболее распространенной сейчас 2-разрядной NAND. Напомним, что еще в 2005 г. Samsung Electronics представила 16-Гбит устройство памяти на основе технологии многоуровневых ячеек, выполненное с учетом проектных норм 50 нм. По мнению руководства компании, новое поколение флэш-памяти должно существенно увеличить долю памяти NAND в сегменте накопителей высокого объема, которые весьма востребованы рынком за счет развития портативных устройств, воспроизводящих видео.

В 2009 г. Intel и Micron Technology также представили новую технологию производства NAND-памяти на базе многоуровневой структуры ячеек, при которой каждая ячейка способна хранить три бита данных. В основе этой технологии, названной 3bpc NAND, лежит 34-нм процесс производства. Сконцентрировав инвестиции в разработку и исследования флэш-памяти, Intel и Micron получили возможность удваивать плотность NAND-чипов приблизительно каждые 18 месяцев. Этот процесс ведет к постоянному уменьшению размеров продукции, повышению ее емкости и снижению производственных затрат.

Уменьшение размеров кристаллов NAND расширяет сферу применения этого типа памяти. Так, реализованный в этом году 25-нм технологический процесс (это наименьшие на сегодня нормы при изготовлении микросхем NAND) можно считать наиболее прогрессивным в полупроводниковой индустрии в целом. Это достижение позволяет увеличить количество видео и других данных, хранящихся в карманных устройствах, ПК и специализированных системах. С переходом на 25-нм процесс компании улучшили производственный цикл и укрепились на рынке в качестве инноваторов, предлагая наименьший размер ячеек памяти в индустрии. IM Flash Technologies (IMFT), совместное предприятие Intel и Micron по выпуску флэш-памяти, приступило к производству модулей NAND емкостью 8 Гбайт. Площадь решения составляет 167 кв. мм; оно помещается в отверстие в центре компакт-диска. Обладая такими размерами, модуль способен вместить данные 10 компакт-дисков емкостью 700 Мбайт каждый. Устройство использует многоуровневую структуру ячеек (MLC), в каждой из которых хранятся два бита данных. Решение помещается в стандартный тонкий корпус с уменьшенным расстоянием между выводами (TSOP). В новом модуле число чипов сокращено на 50% по сравнению с решениями на базе техпроцессов предыдущих поколений. Это позволяет конструировать еще более вместительные решения с меньшим коэффициентом производственных затрат. Для увеличения емкости производитель может использовать несколько модулей. Например, один SSD-накопитель емкостью 256 Гбайт может содержать 32 новых модуля вместо 64; для 32 Гбайтного хранилища в смартфоне потребуется 4 модуля, а для 16-гигабайтной карты памяти – всего два.