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3D-NAND-Flash

Flash geht in die dritte Dimension

13. Oktober 2015, 8:42 Uhr | Von Axel Stoermann

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Durchkontaktierung und Anschlüsse

Um noch höhere Geschwindigkeiten zu erzielen, müssen neue Techniken für die Kontaktierung der Zellen untereinander (Vias) zum Einsatz kommen. In den ersten Standard-BiCS-Bausteinen sind alle Chips (Dies) im Aufbau über herkömmliches Draht-Bonding miteinander verbunden. Toshiba arbeitet mit der New Energy and Industrial Technology Development Organisation zusammen, um schnellere und energieeffizientere Möglichkeiten zur Kontaktierung der Chips umzusetzen.

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Vor Kurzem wurde der branchenweit erste 16-Die-Stacked-NAND-Flash-Speicher in TSV-Technologie (Through Silicon Via) vorgestellt. TSV verbindet die Chips innerhalb des BiCS-Aufbaus miteinander. Im Vergleich zum Draht-Bonding kommen bei TSV vertikale Elektroden und Vias zum Einsatz, die eine Verbindung durch die Chips hindurch ermöglichen (Bild 2). Damit ist eine schnelle Daten-Ein-/Ausgabe möglich, was den Stromverbrauch verringert.

Toshibas TSV-Technik erzielt eine I/O-Datenübertragungsrate von über 1 Gbit/s. Dieser Wert ist höher als bei jedem anderen NAND-Flash-Speicher mit Low-Voltage-Versorgung, die bei TSV 1,8 V für die Core-Schaltkreise und 1,2 V für die I/O-Schaltkreise beträgt. Die für Schreib-/Leseoperationen und den I/O-Datentransfer erforderliche Leistung ist damit nur halb so groß wie bei Speichern mit Draht-Bonding.

Die Weiterentwicklung wird mit 3D-BiCS nicht aufhören. 3D-ReRAM (Resistive Random-Access Memory) befindet sich nach 3D-NAND nun in der Produktionsplanung und kann Technologien wie BiCS bei hohen Leistungs- bzw. Zuverlässigkeits-Anforderungen langfristig ersetzen. Eine weitere bahnbrechende Speichertechnik ist MRAM (Magneto-Resistive Random Access Memory). MRAM ist eine andere Form eines nichtflüchtigen Speichers, der Geschwindigkeiten wie DRAM erreicht, aber im Gegensatz zu NAND eine nahezu unbegrenzte Schreib-/Löschausdauer bietet. MRAM könnte die Art, wie Elektroniksysteme auf Daten zugreifen, grundlegend ändern. Heute wird NAND-Flash wie eine Festplatte (HDD) genutzt: Informationen werden beim Einschalten vom NAND-Flash in das DRAM kopiert und anschließend wird der Code aus dem DRAM ausgeführt. Mit MRAM ist dieses Umkopieren nicht mehr erforderlich. Code wie Nutzerdaten stehen bereits direkt nach Einschalten zur Verfügung. Der Einsatz von MRAM bietet den zusätzlichen Vorteil, dass hierbei die höhere Robustheit zum Tragen kommt und NAND-Flash (mit seiner kürzeren Lebensdauer) eher für eine längerfristige Datenspeicherung eingesetzt werden kann.

Die Speicher-Revolution steht bevor

Es kommen spannende Zeiten auf uns zu, da ein Umbruch in der Solid-State-Speichertechnik stattfindet. Immer feinere Lithografien ermöglichen bis heute Chipgrößen, die um das 2000-Fache kleiner sind, und ein 3D-Speicheraufbau sorgt für weitere Verkleinerungen. Solid-State-Speicher werden damit immer interessanter, um die zunehmenden Datenmengen zu speichern.

Diese Speicher bieten einen schnelleren Datenzugriff und ermöglichen die Entwicklung von neuen Gerätekonzepten, mit denen mehr Daten gespeichert, abgefragt und analysiert werden können als jemals zuvor.

Der Autor

Axel Stoermann
leitet die OEM Memory Group bei Toshiba Electronics Europe. Während der letzten mehr als zehn Jahre hat er das Speichergeschäft betreut und sich um Applikationsentwicklung und Produktmarketing gekümmert. Außerdem war er mit dem System-Marketing für Mobiltelefon- und digitale Konsumelektronik-Plattformen befasst.

leitet die OEM Memory Group bei Toshiba Electronics Europe. Während der letzten mehr als zehn Jahre hat er das Speichergeschäft betreut und sich um Applikationsentwicklung und Produktmarketing gekümmert. Außerdem war er mit dem System-Marketing für Mobiltelefon- und digitale Konsumelektronik-Plattformen befasst.