NAND flash bellek üreticileri her zaman hücre başına depolanan bit sayısını artırarak bellek cihazlarının depolama yoğunluğunu artırmaya çalışmışlardır. Temelde bu, kayıt yoğunluklarını artırmanın en zorlu yolu olsa da, maliyet açısından da en ödüllendirici olanıdır. Kioxia gibi şirketler, bir hücrede depolayabilecekleri bit sayısıyla sürekli deneyler yapıyor. Bu yıl şirket, laboratuvarda ve düşük sıcaklıklarda da olsa hücre başına yedi bit (7 bpc) depolamayı başardığını söyledi.
Birden fazla biti depolamak için, NAND hücresinin birden fazla farklı voltaj seviyesi tutması gerekir; bu, NAND üreticilerinin bu hücreler için uygun malzemeleri bulması ve ardından bunları hatasız bir şekilde kaydedip okuması gerektiğinden zorlayıcıdır. Ayrıca, voltaj durumlarının sayısı, bit sayısı ile katlanarak artar. Örneğin, dört bit depolamak için hücrenin 16 voltaj düzeyi (2^4) tutması gerekir, ancak altı bit ile bu sayı 64’e (2^6) çıkar. Kioxia’nın hücre başına yedi bit depolama başarısı, 128 voltaj durumunun (2^7) tutulmasını gerektirir. Kioxia, başarısını anlatan makaleyi Uluslararası Hafıza Çalıştayı 2022’de (IMW 2022) sundu.
Kioxia, hücre başına yedi bit depolamak için epitaksiyel büyüme kullanılarak oluşturulmuş tek kristal bir silikon kanalı kullanmak zorunda kaldı. Tek kristal silikon, polikristal silikondan daha düşük elektrik direncine sahiptir, bu da bu tür hücrelerin kaydedilmesini kolaylaştırır. Ayrıca, tek kristal silikon içeren hücre transistörlerinin eşik altı eğimi (geleneksel transistörlere kıyasla) daha dikken, kaçak akım ve okuma gürültüsü daha düşüktür, raporlar bilgisayar izle (yeni sekmede açılır).
Bu tür NAND flaş hücreleri günümüzde ticari olarak mevcut değildir, bu nedenle Kioxia’dan bilim adamları bunları laboratuvarda yapmak zorunda kaldı. Ayrıca, bunları kaydetmek ve okumak için, malzemeleri stabilize etmek, voltaj gereksinimlerini düşürmek, tünel yalıtım filmlerine olan ihtiyacı azaltmak ve önlemek için talaşları sıvı nitrojene (sıvı nitrojene (77°K, -196°C) daldırdılar. yeniden yazma döngülerinin neden olduğu hücrelerin amortismanı.
Laboratuarda özel transistörler oluşturmak, ultra yoğun NAND flash bellekle mücadelenin yalnızca yarısıdır. İlk olarak, araştırmacıların 128 voltaj durumunu işlemeye uygun özel bir kodlama şemasına sahip özel bir denetleyici geliştirmesi ve kullanması gerekiyordu.
NAND flaş denetleyicileri, çok seviyeli hücre (MLC, 2 bpc) NAND’ın 2000’lerin başında piyasaya çıkmasından bu yana giderek daha karmaşık hale geldi. Bu nedenle, denetleyici karmaşıklığı, hem NAND üreticilerinin hem de denetleyici geliştiricilerin aşina olduğu bir şeydir. Ancak 128 voltaj seviyesini doğru bir şekilde işleyebilen kontrolörler, mikroişlemciler kadar karmaşık ve aynı derecede pahalı olabilir. Bu nedenle asıl soru, 3D NAND kayıt yoğunluğunu yalnızca %40 (5 bpc’den 7 bpc’ye çıkarak) artırmak için maliyetli ve karmaşık bir SSD denetleyici kullanmanın mantıklı olup olmadığıdır. En iyi SSD’lerin maliyeti çok yüksek olsa da, çok gelişmiş bir denetleyici, ultra yüksek kapasiteli sürücüleri aşırı derecede pahalı hale getirebilir ve tüm avantajlarını ortadan kaldırabilir.
Western Digital, PLC 3D NAND’ın (5 bpc) bile 2025’ten sonra bile zar zor bir anlam ifade edeceğine inanıyor. Ancak Kioxia şimdi hücre başına yedi bit depolamanın fiziksel olasılığını gösteriyor ve hatta hücre başına sekiz bit tutma hakkında konuşuyor.
