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Las memorias de todos los tipos están haciendo frente a presiones mientras que las demandas crecen para que la mayor capacidad, velocidades más baratas, más rápidas, y un poder más bajo manejen el impacto de los nuevos datos que son generados diariamente. Si es tipos o nuevos enfoques establecidos de la memoria, el trabajo continuo se requiere para guardar el escalar de la mudanza adelante como nuestra necesidad de la memoria crece en un paso de aceleración.

Los “datos son la nueva economía de este mundo,” dijo el Naga Chandrasekaran, vicepresidente del desarrollo de tecnología en el micrón en una presentación plenaria en la conferencia reciente de IEDM.

Chandrasekaran dio algunos ejemplos que ilustran la explosión en datos. Para la atención sanitaria solamente, la industria generó 153 exabytes de datos en 2013, un número que creció probablemente por 15 veces en 2020. También hay 10 mil millones dispositivos móviles funcionando, que generarán, almacenarán, compartirán y fluirán nuevos conjuntos de datos. A escala mundial, el periodo total de datos que son generados cada día está en alguna parte por orden de 2,5 bytes del quintillón, y el número está subiendo rápidamente.

Esta onda de datos era un conductor grande detrás del crecimiento de la industria del microprocesador en 2020. En el simposio de la estrategia de la industria de SEMI esta semana, analistas señaló a ésa como una de las sorpresas grandes en crecimiento continuo de la industria del microprocesador, a pesar de expectativas que los números el tanque debido al pandémico.

La “memoria era un elemento importante,” dijo a Mario Morales, vicepresidente del programa para permitir tecnologías y los semiconductores en IDC. La “memoria creció 10,8%. Pero el NAND creció más el de 30%.”

Todos estos datos requieren memoria en su ciclo vital, y la presentación de IEDM presentó tres preocupaciones primarias por tres categorías de memoria: Flash de la COPITA, del NAND, y tecnologías emergentes.

Desafíos del escalamiento de la COPITA
La COPITA sigue siendo un componente clave de la mayoría de las soluciones. Se prueba, barato, y generalmente confiable. Pero es también muy imperfecto. Los tres problemas destacaron en el trato de IEDM con el rowhammer, el margen del sentido, y la pila de la puerta.

“En el lado del dispositivo de la COPITA con el escalamiento lateral continuo, estamos haciendo frente a desafíos con el martillo de la fila, está un fenómeno que extensamente sabido donde, cuando una línea de palabra se dirige continuamente [es decir, consigue martillada], carga tiende a acumular en sitios de la trampa en el interfaz,” dijo Chandrasekaran del micrón. “Más adelante, cuando se liberan estos cargos, debido derivar la difusión, emigran al aumento responsable vecino de los pedazos y de los resultados. Esto puede causar un mecanismo de la pérdida de datos y puede ser un desafío de la seguridad.”

Las cargas de deriva perturban lentamente el contenido de células vecinas – un poco con cada acceso. Después de que bastantes tiempos en la sucesión rápida, las células de la víctima puedan perder su estado delante del siguiente restaure el ciclo.

Wendy Elsasser, ingeniero distinguido en el brazo, estuvo de acuerdo. El “martillo de la fila sigue siendo un problema de seguridad significativo, y se ha documentado en papeles múltiples sobre cómo los pedazos pueden mover de un tirón para acceder en regiones seguras de memoria,” ella dijo.

Esto no es un nuevo problema, pero la cuestión fundamental está consiguiendo peor con cada generación. “Pues escalamos COPITA con el escalamiento planar, el efecto vecino de la célula puede convertirse en un efecto de la célula del cercano-vecino, y más células tienden a conseguir afectadas,” dijo a Chandrasekaran. “Y este problema apenas está consiguiendo peor a medida que continuamos escalando copitas más finas.”

Porque esto ha sido un problema desafiador a eliminar francamente, las soluciones se han centrado en control – o publicando temprano restaure para restablecer cualquier célula debilitada o se ha alcanzado la prevención del acceso adicional después de un límite. JEDEC ha añadido algunos modos y comandos, centrándose en el microprocesador de COPITA y el regulador de la COPITA, pero ésas son las mitigaciones, no una solución al problema de la causa original.

La lógica se puede añadir a la COPITA sí mismo para detectar ataques posibles, y los creador del IP de la memoria han estado trabajando para construir en protecciones más fuertes. “Pasamos lógica del hardware para detectar tales accesos, y entonces dinámico limitamos el acceso a esas filas,” observamos Vadhiraj Sankaranarayanan, director de marketing técnico mayor en Synopsys. “Solamente no es ése funcionamiento-eficaz. Una alternativa sería dinámico restaurar las filas adyacente a esas filas que consiguen martilladas.”

Por razones del funcionamiento y del poder, algo de la responsabilidad de detectar ataques se ha puesto en el regulador. “Hay una variedad de técnicas que se pueden emplear en el regulador, porque el regulador es el que orquestra el tráfico que va sobre el canal,” Sankaranarayanan añadieron.

En cuanto a la causa original, esfuerzos de ingeniería de la célula-mejora continúan, pero células nunca-más estrechas hacen esto un desafío de continuación — especialmente cuando está juntado con la necesidad de mantener tamaños del dado razonables y de minimizar cualquier costes adicionales del proceso o de los materiales.

El desafío siguiente al escalar COPITA implica el estrechar del margen del sentido-amplificador. El “margen del sentido reducirá cuando las disminuciones de la capacitancia de la célula, conduciéndonos para aumentar la relación de aspecto y para introducir los nuevos materiales,” dijo a Chandrasekaran. “Pero incluso con el material dieléctrico más ideal – un hueco de aire – la pedazo-línea resistencia/características de la capacitancia será desafiada como escalamos, porque no hay casi espacio entre las líneas de poca monta. Y esto limita qué materiales dieléctricos podemos introducir y desafiamos eventual nuestro margen del sentido.”

Además, transistores más pequeños están llevando indirectamente al margen reducido del sentido. “Mientras que el área del transistor de los amplificadores del sentido consigue reducida de modo que poder conseguir una mejor eficacia del arsenal, la variación del umbral-voltaje aumentará,” él dijo. Esto es un desafío particular para los circuitos análogos, y requerirá el trabajo continuo para el escalamiento continuo.

El escalamiento con la pila barata tradicional de la puerta de la COPITA también está corriendo en poder y cuestiones de rendimiento. “Una puerta de alto rendimiento del policristalino-silicio del Cmos con tecnología del puerta-óxido del oxinitruro del silicio ha sido la corriente principal en la industria de la COPITA por décadas,” dijo a Chandrasekaran. “Es bien sabido, y es una solución costada muy buena. Sin embargo, está haciendo frente a varios desafíos en la reunión requirió EOT (el grueso equivalente del óxido) que escala para resolver poder y funcionamiento.”

Una solución alternativa es el altos-k óxido y metal-puerta Cmos de la puerta. Ambas tecnologías han sido comunes en el mundo de la tecnología de la lógica y son una opción atractiva para el escalamiento de la memoria Cmos. Esto también proporcionará una mejor impulsión, menos variación, y el transistor que hace juego características.

Pero no es apenas algo fácil de procesos que cambian. La adopción de esta tecnología en memoria requerirá el dispositivo cuidadoso que dirige para permitir los dispositivos de la periferia y del borde y para tener buena compatibilidad con la integración del arsenal. Y todo el esto necesita suceder mientras que guarda la asequibilidad codiciada de la COPITA.

desafíos de escalamiento de destello 3D
El movimiento de planar a 3D apiló memoria Flash del NAND tiene, de momento, alivió la aplicación tener demasiado pocos electrones almacenados aumentando el tamaño de célula en la nueva orientación. Sino como el número de aumentos de las capas — ya en los centenares — los transistores actuales, integrados de la secuencia del Cmos, y la robustez física necesitarán la atención.

La corriente de la secuencia está señalando por medio de una bandera mientras que se convierte la secuencia más de largo. El “aumento del escalamiento vertical desafiará definitivamente para atar actual y hacer la operación de detección más difícil,” dijo a Chandrasekaran. La corriente de la secuencia debe viajar hasta el final abajo con las capas y después sostener otra vez. Más capas, el más largo y el más resistente esta trayectoria es, bajando la corriente.

Un desafío particular es el hecho de que el material del canal es polisilicona, con movilidad reducida y una dependencia fuerte del tamaño de grano y de la densidad de la trampa. “Controlar el tamaño de grano en estas estructuras del ratio del alto-aspecto es un gran reto. Tan las nuevas maneras de deposición y de tratamiento se requieren,” dijo a Chandrasekaran.

Alternativamente, los nuevos materiales pueden ayudar a guardar intacto actual de la secuencia. “Hay varios nuevos materiales que también se están considerando como materiales del canal alternativo, que mejorarán probablemente la corriente de la secuencia,” él dijo. “Solamente también proporcionan nuevos desafíos en términos de mecanismos y características sí mismo de la confiabilidad de la célula.”

Fomente el escalamiento de la echada de fila (que es vertical) también puede ayudar, pero reduce el tamaño de la célula, moviendo hacia atrás en dirección de almacenar demasiado pocos electrones. Esto golpeará un límite eventual y disminuirá la ventaja del tamaño de célula más grande en 3D NAND si la palabra-línea echada continúa escalando. “A largo plazo, usted no tendrá bastante espacio para la célula, y haremos frente a los mismos desafíos que NAND planar con efectos del poco-electrón,” él dijo.

Mientras tanto, hay una necesidad a la transición a un Cmos más avanzado que procesa del conjunto de circuitos periférico para que continúe con poder y funcionamiento requeridos. Esto repite la necesidad de moverse a las altas-Κ puertas del metal en la COPITA – traer la necesidad del dispositivo cuidadoso que dirige para cumplir los requisitos de las células de memoria y de la lógica.

Y finalmente, como se añaden más capas, se convierte en un desafío para guardar el dado ligeramente bastante para los usos discretos como los teléfonos celulares – mientras que mantiene bastante silicio a granel para la dirección robusta. “Durante las varias generaciones siguientes, para cumplir los requisitos del factor de forma y del paquete para las soluciones móviles, el grueso de los dispositivos activos encima del silicio será más alto que el grueso sí mismo del silicio,” dijo a Chandrasekaran. “Crea nuevos desafíos de dirección finales, y el alabeo de la oblea se convierte en un problema grande. Muere la fuerza y la dirección de obleas va a ser un nuevo desafío que conduce nuestro desarrollo de tecnología final del equipo.”

Desafíos emergentes de la memoria
Las tecnologías numerosas están compitiendo para ser la memoria permanente principal siguiente. Éstos incluyen la memoria del fase-cambio (PCRAM), RAM resistente (RRAM/ReRAM), RAM magnetoresistente (MRAM), y, anterior en el proceso de desarrollo, RAM ferroeléctrico (FeRAM), y el correlacionar-electrón RAM (CERAM). Mientras que PCRAM ha golpeado la producción en las memorias del cruce de Intel, y STT-MRAM está viendo la integración creciente, ningunas de estas tecnologías pueden demandar hoy la capa a solas de la cosa grande siguiente. Los desafíos principales se relacionan en gran parte con la confiabilidad y el uso de nuevos materiales.

MRAM es uno de los principiantes más esperanzados en esta raza. “MRAM es un tipo de memoria que utilice estados magnéticos de materiales para almacenar la información, que es muy diferente de memorias carga-basadas tales como COPITA y flash,” explicó a Meng Zhu, encargado de marketing de producto en KLA. Mientras que eso puede sonar simple, MRAMs es también más difícil de construir que las memorias existentes debido a las capas delgadas y los diversos materiales usados en esas capas.

Asimismo, PCRAM confía en los chalcogenides para su célula. RRAMs depende de un material de aislamiento fino. Y FeRAM necesita los materiales que pueden cambiar en un estado ferroeléctrico. CERAM es temprano bastante en el desarrollo que su composición no es todavía establecida, pero los nuevos materiales y la asamblea delicada son probables.

La pregunta para todos estos nuevos tipos de la memoria es cómo soportarán en un cierto plazo y sobre millones de operaciones de lectura/grabación. “Muchas de las soluciones emergentes principales de la memoria hacen frente a los nuevos desafíos del confiabilidad-mecanismo que necesitan ser entendidos,” dijeron a Chandrasekaran.

MRAM, más lejos adelante que algunas de las otras tecnologías, proporciona un buen ejemplo de las clases de detalles que importen. “El mecanismo principal de la avería para MRAM es el desgaste-hacia fuera de su barrera fina del MgO,” Zhu dijo. “Cuando la barrera tiene los defectos, tales como agujeritos o puntos débiles materiales, la resistencia del empalme pueden disminuir gradualmente en un cierto plazo y pueden también llevar a un descenso súbito en la resistencia (avería).”

Los otros tipos de la memoria tienen todavía identificar y manejar sus propios mecanismos de la confiabilidad. Las cuestiones de la retención de la resistencia y de los datos persisten, y la evolución de la resistencia de la célula es en un cierto plazo de importancia crítica – especialmente cuando las células se consideran para el uso en las memorias análogas para los usos como la en-memoria que computa para el aprendizaje de máquina.

Para añadir a los desafíos, muchas de estas células de memoria nuevas son sensibles a la temperatura, y sus materiales pueden no obrar recíprocamente bien con algunas de los gases establecidos y de otras sustancias químicas usados tradicionalmente en el proceso del semiconductor.

“La mayor parte de los materiales usados en estas soluciones avanzadas de la memoria son temperatura y sustancia-sensible,” dijo a Chandrasekaran. “Esto requiere la introducción de proceso a baja temperatura y de control ambiente en nuestros fabs, y también limita el uso de gases bien conocidos y de sustancias químicas porque tienden a reaccionar con los materiales de la célula y a afectar a su funcionamiento. Tales limitaciones no sólo harán difícil procesar estos materiales, pero también añaden más coste.” La definición de un flujo que ambas aplicaciones bajo temperaturas y previene la degradación química de la célula será necesaria para que estas memorias incorporen la corriente principal.

Mientras que la lista de desafíos presentados en IEDM es de ninguna manera exhaustiva, presenta la industria con una colección de mejoras estimulantes que se deban llevar a cabo para guardar el escalar en un paso que pueda continuar con requisitos de sistema de desarrollo. Más datos requieren el proceso y más memoria, y hay porciones de maneras de abordar este problema. Pero ningún acercamiento solucionará todos los problemas, y como se generan más datos y más tipos de memoria se introducen, habrá los problemas adicionales que ni siquiera se han descubierto todavía. De Bryon Moyer