Современный мир цифровых технологий предъявляет всё более высокие требования к объёмам и скорости хранения данных. В условиях стремительного роста количества информации ключевую роль играют инновации в области памяти, в частности, 3D флэш-памяти. Одним из лидеров на этом рынке является компания KIOXIA, представляющая восьмое поколение своей легендарной технологии BiCS FLASH. Эта версия запоминающих устройств знаменует собой прорыв, позволяя достичь значительно улучшенной производительности при увеличенной плотности памяти. BiCS FLASH поколения 8 — это высокопроизводительный 3D NAND интерфейс с беспрецедентной плотностью данных и скоростями обмена.
Скорость передачи данных на внешние интерфейсы достигает 3,2 гигабит в секунду, а внутренние операции чтения и программирования выполняются с временем около 40 микросекунд и пропускной способностью 205 мегабайт в секунду соответственно. Такое сочетание параметров делает данный продукт одним из самых быстрых и ёмких решений на рынке. Одним из ключевых достижений нового поколения является масштабирование состоятельности благодаря увеличению количества мировых линий (word-line). В BiCS FLASH поколения 8 реализованы 218 мировых линий, что позволяет достичь плотности памяти порядка 18,3 гигабит на квадратный миллиметр. Эти показатели превосходят большинство существующих наработок в узловом технологическом решении 2xx, где количество мировых линий обычно варьируется в диапазоне от 218 до 236.
Основными технологическими нововведениями, которые обеспечили данные результаты, стали внедрение технологий CBA (CMOS напрямую связанный с матрицей памяти) и OPS (On Pitch SGD). В совокупности эти разработки позволили устранить ограничения традиционных методов производства и повысить как производительность, так и плотность хранения информации. Технология CBA коренным образом изменяет подход к изготовлению ключевых компонентов BiCS FLASH. Ранее для формирования CMOS-схем управления и массива ячеек памяти использовалась единая пластина, что ограничивало процессные параметры из-за необходимости совместимости условий обработки для обеих составляющих. Это сказывалось на оптимальности и, как следствие, на характеристиках итогового устройства.
С применением CBA компоненты создаются на отдельных пластинах, каждая из которых подвергается оптимальной и максимально подходящей обработки, после чего происходит прямое их сцепление. Такой подход значительно повышает качество и функциональность каждого компонента. Одним из значительных преимуществ CBA стало введение высокотемпературных процессов при изготовлении памяти, что ранее было недопустимо, так как негативно влияло на CMOS-элементы. Повышенная температура улучшает качество формирования ячеек и снижает электростатические помехи между соседними ячейками, что способствует стабилизации показателей работы и увеличению срока службы памяти. Результаты тестирования продемонстрировали существенное снижение электрических возмущений, что повышает надежность и целостность хранимых данных.
Вторая инновация, технология OPS, направлена на оптимизацию планарной конфигурации памяти и отдельных элементов управления. В BiCS FLASH память выбирается комбинацией напряжений, приложенных к мировым и битовым линиям, а также селекторным затворам. В ранних поколениях конструкция предусматривала наличие разделяющего изолятора (слота изолятора) между линиями селекторных затворов, который перекрывался фиктивными, то есть нефункциональными, ячейками памяти. Это снижало удельную плотность хранения, так как часть площади была занята нерабочими элементами. OPS решила эту проблему, перераспределив компоненты так, чтобы слот изолятора располагался между активными строчками памяти, а фиктивные ячейки были полностью устранены.
Такой подход значительно увеличил плотность записи, максимизируя использование площади и способствуя дальнейшему уменьшению размеров устройства при сохранении и улучшении характеристик. Кроме того, новая конструкция положительно сказывается на электрической изоляции и управляемости селекторных затворов. Поддержка этих технологий и достижений была представлена на Международном симпозиуме по электронным устройствам (IEDM) 2023, подчеркивая важность и актуальность разработок KIOXIA в области флэш-памяти. Исследования и доклады на данном мероприятии подтверждают лидерство компании в инновационных технологиях для памяти, а также открывают путь для дальнейших совершенствований и внедрения новых подходов к созданию микросхем с высокой плотностью и производительностью. BiCS FLASH поколения 8 благодаря своим характеристикам и уникальным технологическим решениям предлагает оптимальное сочетание скорости, надёжности и ёмкости для широкого спектра применений.
Это включает в себя использование в современных SSD-накопителях, дата-центрах, мобильных устройствах и высокопроизводительных вычислительных системах. Благодаря высокой плотности записи, эффективность использования площади кристалла повышается, что способствует снижению себестоимости и улучшению масштабируемости производства. В стратегическом контексте внедрение CBA и OPS открывает новые перспективы для развития как самой флэш-памяти, так и связанных с ней отраслей. Возможность комбинировать независимо оптимизированные CMOS-схемы управления и массивы памяти создает предпосылки для дальнейшего повышения тактовых частот и пропускной способности. А улучшение планарной архитектуры, за счет исключения фиктивных элементов и более рационального размещения изоляторов, позволяет создавать компактные и более энергоэффективные компоненты.
Особое внимание в KIOXIA уделяется не только техническим характеристикам, но и надежности устройств. Высокотемпературные обработки и оптимизированные материалы способствуют более стабильной работе памяти при длительных эксплуатационных циклах и в сложных условиях окружающей среды. Это важно для обеспечения бесперебойной работы современных систем, где сбои память могут приводить к серьезным потерям данных и времени. В целом, BiCS FLASH поколения 8 демонстрирует уникальный синтез традиционно зарекомендовавших себя технологий и новаторских решений, которые подтверждают роль KIOXIA как одного из ведущих инноваторов в отрасли. Использование технологий CBA и OPS не только фиксирует новые рекорды по производительности и плотности, но и закладывает фундамент для следующих поколений флэш-памяти, которые будут отвечать еще более сложным требованиям цифровой эпохи.
Подводя итог, можно сказать, что восьмое поколение BiCS FLASH является значимым шагом в эволюции 3D флэш-памяти, сочетающим в себе максимальную производительность, улучшенную надежность и высокую плотность записи. Революционные технологии, внедренные в рамках этого поколения, повышают конкурентоспособность KIOXIA на мировом рынке и делают продукцию компании предпочтительным выбором для разработчиков и производителей, стремящихся к передовым решениям в области хранения данных.
