Kioxia reflexiona sobre NAND 3D de 7 bits por celda para SSD de capacidad extrema

Los fabricantes de memoria flash NAND siempre han intentado aumentar la densidad de almacenamiento de sus dispositivos de memoria aumentando el número de bits almacenados por celda. Si bien, fundamentalmente, esta es la forma más difícil de aumentar las densidades de registro, también es la más gratificante desde el punto de vista de los costes. Empresas como Kioxia experimentan constantemente con el número de bits que pueden almacenar en una celda. Este año, la compañía dijo que había logrado almacenar siete bits por celda (7 bpc), aunque en el laboratorio y a bajas temperaturas.

Para almacenar más de un bit, la celda NAND debe contener múltiples niveles de voltaje distintos, lo que es un desafío, ya que los fabricantes de NAND tienen que encontrar los materiales adecuados para estas celdas y luego grabarlos y leerlos sin errores. Además, el número de estados de voltaje aumenta exponencialmente con el número de bits. Por ejemplo, para almacenar cuatro bits, la celda tiene que mantener 16 niveles de voltaje (2^4), pero con seis bits, ese número crece a 64 (2^6). El logro de Kioxia de almacenar siete bits por celda requiere mantener 128 estados de voltaje (2^7). Kioxia presentó el documento que describe sus logros en el Taller Internacional de Memoria 2022 (IMW 2022).

Kioxia tuvo que usar un canal de silicio de un solo cristal construido utilizando el crecimiento epitaxial para almacenar siete bits por célula. El silicio de un solo cristal tiene una resistencia eléctrica menor que el silicio policristalino, lo que facilita el registro de dichas células. Además, la pendiente del subumbral de los transistores celulares con silicio de un solo cristal es más pronunciada (en comparación con los transistores convencionales), mientras que la corriente de fuga y el ruido de lectura son más bajos, informa PC Watch

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Estas células flash NAND no están disponibles comercialmente hoy en día, por lo que los científicos de Kioxia tuvieron que fabricarlas en el laboratorio. Además, para grabarlos y leerlos, sumergieron los chips en nitrógeno líquido (en nitrógeno líquido (77 °K, -196 °C) para estabilizar los materiales, reducir los requisitos de voltaje, reducir la necesidad de películas aislantes de túnel y evitar la depreciación de las células causada por los ciclos de reescritura.

Construir transistores personalizados en el laboratorio es solo la mitad del desafío con la memoria flash NAND ultradensa. En primer lugar, los investigadores tuvieron que desarrollar y utilizar un controlador personalizado con un esquema de codificación personalizado adecuado para manejar 128 estados de voltaje.

Los controladores flash NAND se han vuelto cada vez más complejos desde que la célula multinivel (MLC, 2 bpc) NAND debutó a principios de la década de 2000. Por lo tanto, la complejidad del controlador es algo con lo que tanto los productores de NAND como los desarrolladores de controladores están familiarizados. Pero los controladores capaces de procesar 128 niveles de voltaje con precisión podrían ser tan complejos como los microprocesadores e igual de caros. Por lo tanto, la pregunta principal es si tiene sentido utilizar un controlador SSD costoso y sofisticado para aumentar la densidad de grabación 3D NAND en solo un 40 % (pasando de 5 bpc a 7 bpc). Si bien las mejores SSD tienden a costar mucho, un controlador demasiado avanzado podría hacer que los controladores de ultra alta capacidad sean prohibitivamente caros y eliminar todas sus ventajas.

Western Digital cree que incluso PLC 3D NAND (5 bpc) apenas tendrá sentido incluso después de 2025. Pero Kioxia ahora demuestra la posibilidad física de almacenar siete bits por celda e incluso habla de mantener ocho bits por celda con el tiempo.

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