IntelとSK Hynix、フラッシュメモリの将来に向けた2つの道を示す

データストレージの需要が爆発的に高まる中、半導体メーカーはビット当たりのコストを削減しながらメモリチップの密度を高めるべく競い合っています。 IntelとSK Hynixは、2月下旬にサンフランシスコで開催された第70回IEEE国際ソリッドステート回路会議(ISSCC)で、より大容量で安価なソリッドステートメモリドライブを示唆する2つの重要な進歩を発表した。

Intel は、各 NAND フラッシュ セルに 5 ビットのデータを保存する初の 3 次元 NAND フラッシュ メモリ チップを発表しました。 これは、現在市販されているセルあたり 4 ビットのドライブよりも 1 ビット多いです。 192 層のチップは、平方ミリメートルあたり 23 ギガビットというこれまでで最高のデータ密度を誇り、合計で最大 1.67 テラビットのデータを保存できます。

一方、韓国のSK Hynixは、1Tb NANDフラッシュメモリチップで300層の閾値を超えた。 このチップはセル (三層セル (TLC) と呼ばれる) ごとに 3 ビットを保存し、1 秒あたり 194 メガバイトというこれまでで最高の書き込み速度を実現します。 サムスンはこれまで、2021 ISSCC で発表したセルあたり 3 ビットの NAND フラッシュ メモリで 184 MB/秒という最高の書き込みスループットを記録していました。

「TLC 製品としては最高の密度と書き込みスループットを実現できたと思います」と SK Hynix の NAND 設計部門副社長、Seungpil Lee 氏は述べています。

NAND フラッシュ メモリ メーカーは、機能サイズ縮小の制約を乗り越えるために、過去 10 年間で 2D から 3D への移行を行ってきました。 それ以来、チップ内のフラッシュ セルの層数を増やすか、各セルに保存されるビット数を増やすことによって、記憶密度を定期的に向上させてきました。 Hynix と Intel は、Hynix がより多くの層を積み重ねることによって、Intel がビットを高密度化することによって、これら 2 つの対照的な道をたどりました。

セルあたり 4 ビットのチップが市場に出ているにもかかわらず、TLC は現在最も広く使用されているフラッシュです。 Lee 氏は、Hynix は層数とセルあたりのビット数の両方を増やすことを検討していると述べています。 層が増えると、TLC のパフォーマンスとビット密度が向上すると彼は言います。 一方、セルあたりのビット数を増やすと、メモリをより大きく、より安価に提供できますが、読み取りおよび書き込み速度が低下するため、パフォーマンスに影響します。

2021 年の IEEE 国際電子デバイス会議で、サムスンのキナム キム会長は、1,000 層フラッシュが 2030 年までに可能になる可能性があると予測しました。これは製造の観点からすると非常に困難です。 フラッシュ セルは、導体と絶縁体の交互の層に深く狭い穴をエッチングし、その穴を誘電体やその他の材料で埋めることによって作成されます。 層の数が増えていく中で、十分な深さの穴を確実かつ迅速にエッチングして充填することは、この技術の重要な限界です。

製造上の問題を超えて、スタック層の数が 300 を超えると、NAND メモリのパフォーマンスを向上させることがますます困難になると Lee 氏は言います。 それは、スタック内の各層をより薄くする必要があり、抵抗が増加するためです。 これによりエラーが発生し、読み取りおよび書き込み速度が低下します。 Hynix は 5 つの異なる技術を使用してこれらの課題を克服し、300 レイヤーで高い書き込みスループットを実現しました。

Intelは、フローティングゲートNANDセル技術を採用したおかげで、セル当たり5ビットの新しい高密度チップを開発できたと述べている。 この設計ではビットを導電層に保存します。 他のほとんどのメーカーは、製造コストを削減できるため、もう 1 つの主要なフラッシュ セル技術である、誘電体層に電荷を蓄積するチャージ トラップ フラッシュを選択しています。

セルあたり 5 ビットにすると、耐久性と速度が低下するという懸念が生じます。 Intel はそれを克服するために特別な高速読み取りアルゴリズムを実装しました。 さらに、同社は、新しいチップはセルあたり 3 ビットまたはセルあたり 4 ビットのモードでも動作できると述べています。

マイクロン・テクノロジーは昨年、初めて200層のマークを超え、現在、ビット記憶密度が1平方ミリメートル当たり14.6ギガビットという競合他社の2倍である232層NANDフラッシュ・メモリー・テクノロジーの注文を受け付けている。市場。 SKハイニックスもそれに負けないよう、今年238層TLC NANDチップの量産を開始すると発表した。