Neo Semiconductor przedstawia nowy projekt komórek pamięci 3D X-DRAM. Możemy otrzymać ośmiokrotnie większą pojemność

Obecny rozwój pamięci DRAM powoli zbliża się do granic możliwości, podobnie jak ma to miejsce z tranzystorami FinFET w chipach procesorowych i układach graficznych. Jak się okazuje, jedyną drogą do przebycia tej granicy może być nowa konstrukcja komórek pamięci, analogicznie do nadchodzących tranzystorów GAAFET dla CPU i GPU. Samsung od pewnego czasu pracuje nad kośćmi 3D DRAM, jednak prawdziwym przełomem może okazać się projekt Neo Semiconductor.

Neo Semiconductor przedstawił na targach w Seulu nowy projekt komórek pamięci 3D X-DRAM, który bazuje w pewnym stopniu na koncepcji komórek pamięci NAND Flash. Możemy oczekiwać w niedalekiej przyszłości nawet ośmiokrotnego zwiększenia pojemności pojedynczego modułu DRAM.

Micron otrzyma pokaźne dofinansowanie do budowy fabryki pamięci DRAM. W planach jest jeszcze większa inwestycja

Obecny rozwój pojemności kości pamięci DRAM zdecydowanie zwolnił, przy czym obecnie jedna kość pamięci może pomieścić maksymalnie 16 GB danych, co przekłada się na pojedynczy moduł o pojemności aż 512 GB pamięci RAM. Postuluje się, że dwuwymiarowa konstrukcja komórek pamięci napotyka właśnie ścianę w rozwoju, gdyż obecna konstrukcja jest bardzo trudna lub nawet niemożliwa do skalowania w litografiach poniżej 10 nm. W odpowiedzi na to, firmy takie jak Samsung, Neo Semiconductor oraz inne wiodące marki rozpoczęły pracę nad nowymi konstrukcjami dla komórek pamięci. Teraz na targach IEEE IMW 2024 w Seulu Neo Semiconductor zaprezentowało swój zaskakujący projekt kości pamięci 3D X-DRAM.

Samsung zaprezentował pamięć DDR5 DRAM o pojemności 32 Gb, która została wykonana w procesie technologicznym 12 nm

Nowy projekt jest de facto udoskonaloną koncepcją kości NAND Flash, które znajdujemy m.in. w nośnikach SSD. Wykorzystuje on podobną warstwową konstrukcję i eliminuje kondensatory, czyli elementy elektroniczne przechowujące ładunek elektryczny. Co w tym zaskakującego? Otóż w uproszczeniu to właśnie kondensatory odpowiadają za przechowywanie poszczególnych bitów w pamięciach ulotnych typu RAM. Gdy element jest naładowany, otrzymujemy 1 logiczną, a gdy rozładowany 0 logiczne. Neo Semiconductor poradziło sobie z tym zagadnieniem, stosując komórki danych typu Floating Body. W uproszczeniu, jest to pewna część (prawdopodobnie część kanału) tranzystora, która odpowiada za tymczasowe przechowywanie dodatnich ładunków elektrycznych. W rezultacie tworzy to z pojedynczego tranzystora pojedynczą komórkę pamięci. Jak można się domyślać, to niezwykle upraszcza nanokonstrukcję.

Samsung ogłasza produkcję pamięci RAM LPDDR5X o efektywnej szybkości 10.7 Gbps i jeszcze większej pojemności

Tranzystory w komórkach pamięci typu 3D X-DRAM wykorzystują mechanizm Back-gate Channel-depth Modulation (BCM) dla Floating Body Cell (FBC). Zatem posiadają one dwie bramki: jedną z dodatnim potencjałem elektrycznym (0,7 V) i drugą z ujemnym potencjałem (-1 V). Konstrukcja taka umożliwia modulowanie szerokości kanału tranzystora poprzez potencjał na bramce wstecznej (Back Gate), co pozwala zastąpić kondensator pojedynczym tranzystorem. Komórka pamięci stworzona w ten sposób zapewnia 40 000 razy większą retencję danych, co umożliwia zmniejszenie częstotliwości odświeżania komórek, co przekłada się na oszczędność energii i niższe opóźnienia w dostępie do komórki pamięci. Dodatkowo komórki 3D X-DRAM można nakładać na siebie, tworząc warstwy, podobnie jak w przypadku kości pamięci NAND Flash. Dzięki temu można uzyskać znacznie większe pojemności niż w standardowej konstrukcji dwuwymiarowych kości pamięci. Mowa tutaj o możliwości uzyskania 128 GB pamięci na jedną tylko kość pamięci o 230 warstwach, nie wspominając już nawet o pełnych modułach.

Crucial przygotował moduły pamięci DDR5 SODIMM o nietypowej pojemności 12 GB. Nowa propozycja dla posiadaczy laptopów

Omawiana kość pamięci składa się z metalowych, wertykalnych linii bitowych, wokół których znajduje się obszar floating body oraz horyzontalna linia źródłowa, która jest połączona z masą. Pod tymi obszarami znajduje się linia sygnałowa, która pełni funkcję selektora komórek pamięci. Każda z warstw oddzielana jest od siebie warstwą polikrystalicznego krzemu, która pełni funkcję głównej i wstecznej bramki dla powstałych w ten sposób tranzystorów. Jeżeli jesteście zainteresowani dokładnym opisem powstawania opisanych wyżej komórek pamięci, możecie przeczytać o tym więcej na poniższych slajdach oraz w tym i w tym miejscu. Neo Semiconductor nie ukrywa, że ich projekt jest tworzony z myślą o akceleratorach AI, gdyż dzisiejsze modele potrzebują coraz większych ilości pamięci operacyjnej. Nawiasem mówiąc, zapotrzebowanie jest tak ogromne, że pozwoliło to zanotować firmie SK-hynix wzrost zysku operacyjnego aż o 734%. Projektant kości 3D X-DRAM przewiduje, że w najbliższych kilkunastu latach przedsiębiorstwo powinno opracować funkcjonującą kość pamięci o pojemności aż 1 TB.