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Kioxia al lavoro sulle 3D NAND del futuro

I migliori SSD attualmente sul mercato utilizzano le memorie TLC o QLC. Kioxia (ex Toshiba Memory) è stato il primo produttore di 3D NAND a iniziare a parlare di memorie PLC (Penta Level Cell) a 5 bit per cella (5bpc) nel 2019. Gli scienziati e gli ingegneri di Kioxia certamente non volevano riposare sugli allori e quest’anno hanno mostrato il funzionamento delle memorie 3D NAND 6bpcHexa Level Cell o HLC – e credono che anche le 3D NAND 8 bpcOcta Level Cell o OLD – siano possibili. Ma ci sono alcuni aspetti importanti da tenere in considerazione.

Credit: Kioxia
Kioxia

Per memorizzare più di un bit per cella, le memorie NAND devono contenere più livelli di tensione distinti. Ad esempio, le MLC hanno quattro livelli di tensione per cella, TLC utilizza otto livelli di tensione, QLC ha sedici livelli di tensione e PLC ne ha trentadue. Per memorizzare sei bit per cella (HLC), si dovrebbero utilizzare, di conseguenza, 64 livelli di tensione. Per realizzare 3D NAND con tali celle, i produttori devono superare molteplici sfide. È necessario trovare i materiali giusti in grado di gestire la memorizzazione di 64 diversi livelli di tensione e riuscire a distinguerli. Ciò significa che gli stati non possono interferire l’uno con l’altro. Anche il controllo delle temperature è importante e diventa sempre più difficile farlo al crescere del numero di bit per cella.

Per dimostrare la fattibilità delle memorie HLC, gli scienziati di Kioxia hanno preso un chip di memoria 3D NAND esistente e lo hanno immerso in azoto liquido (77K, -196°C) per eliminare il deterioramento delle celle causato dai cicli di riscrittura. Le temperature estremamente basse hanno aiutato anche a ridurre la necessità di film isolanti, abbassare i requisiti di tensione e stabilizzare i materiali. Nel complesso, queste operazioni hanno migliorato le proprietà fisiche e i processi che hanno luogo nei circuiti integrati.

Gli scienziati di Kioxia hanno affermato che non solo sono riusciti a scrivere e leggere sei bit di dati in una cella e a conservarli in modo affidabile per 100 minuti, ma hanno anche raggiunto una durata di 1.000 cicli di programmazione/cancellazione (P/E). Naturalmente, questo è in gran parte dovuto alla temperatura di -196°C. In condizioni normali, la durata delle memoria 3D NAND HLC sarebbe di circa 100 cicli P/E, secondo le stime. I colleghi di PC Watch hanno riferito che Kioxia ha presentato i risultati dell’esperimento alla 5th IEEE Electron Devices Technology and Manufacturing Conference (EDTM 2021) nell’aprile 2021 (numero di presentazione: WE2P4-5).

credit: unsplash.com
chip copertina

Le memorie 3D NAND PLC non sono ancora state commercializzate e Western Digital (partner di produzione di Kioxia) ritiene che avrà senso farlo solo per alcuni SSD dopo il 2025. Western Digital afferma inoltre che le 3D NAND PLC introducono troppi problemi per un semplice aumento della densità del 25%. Al contrario, le 3D NAND HLC aumentano la densità delle memorie flash del 50% rispetto alle 3D NAND QLC, quindi è più probabile che sia commercialmente fattibile. Inoltre, gli scienziati di Kioxia ritengono che siano tecnologicamente possibili anche otto bit per cella con 256 livelli di tensione. Il compito di scienziati e sviluppatori ora è trovare i materiali, il design e i controller giusti per rendere operativi e commercialmente fattibili 3D NAND HLC e OLC a temperatura ambiente.

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