MLC快閃記憶體壽命是3000-5000次,如今20nm級MLC NAND普遍不到3000次,TLC甚至不足1000次。
工藝越來越先進,NAND儲存密度越來越高,由於明年相變技術的PCM就會出現在市場上,它的速度更快,儲存密度更高,最關鍵的是可靠性也會更高。
普通的NAND快閃記憶體擦除一次數據就會損傷一次物理結構
NAND的時代真的要結束了嗎?Macronix(台灣旺宏電子)的工程師可不這麼認為,在本月的2012年IEEE國際電子設備會議(2012 IEEE International Electron Devices Meeting,IEDM)上他們會提交論文,公開他們對P/E次數達到1億次的自我修復NAND的研究。
實際上1億次壽命還只是目前得到的數據,帶隊的副處長Hang‑Ting Lue表示“實際上還真不知道(這種NAND)是否會壞,目前為止根本沒看到其壽命將近的信號。這個1億次壽命只是過去幾個月測試的結果。”
正常的NAND每次寫入數據都會擊穿一次隧道氧化層,這是一種物理損害,因此NAND壽命有限,熱處理可以修復這種損害,但是要想通過熱處理修復這種損害,那就需要在250°C的高溫下持續數小時,目前來說這是不可能的。
這種NAND超長壽命的機理其實也借用了PCM相變技術的某種原理,Macronix的工程師在研究PCM技術時發現其中使用的硫化玻璃(chalcogenide glass)到達熔點時會產生一種熱效應。最終他們發現這種效應對NAND也會起作用,因此他們重新設計了NAND的結構,有一個精細的加熱器可以加熱NAND的儲存單元。
重新設計NAND架構需要做相當多的改變,其中最關鍵的一個就是柵電極的改變,需要讓它攜帶電流以加熱儲存單元。為此需要增加額外的二極管電路,這也會增加核心面積,工程師們也不得不重新排列儲存電路以降低影響。
改進後的NAND架構可以讓電流通過晶體管的柵極並在數毫秒內形成熱脈衝,他們發現這一溫度可以達到800°C,不過影響只限於柵極附近。這個熱處理過程通過加熱器可以修復NAND損傷,即使經過1億次P/E循環之後,數據依然保存完好。
由於多了一個額外的熱處理過程,這未免讓人擔心它對電力消耗有較大要求。Hang‑Ting Lue承認了這一點,不過表示熱處理過程並不頻繁發生,而且一次可以修復一個扇區,因此“它並不會榨乾你的手機電池。”
熱修復的NAND還有額外的驚喜,它可以帶來更快的擦除速度(意味着更快的寫入速度),通常來說這是不依賴溫度的。Lue表示未來這種技術會帶來一箭雙鵰的效果,既可以大幅延長NAND壽命,也可以加速擦除速度。
Lue表示Macronix公司已經在此領域取得了突破性進展,但是他沒有給出實際的應用時間表,因此這一技術進入市場的時間還是未知數。 |