Die Flash-Produzenten wehren sich mit aller Macht gegen Konkurrenztechniken

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Möglichkeiten und Restriktionen

Nachfolgend eine kurze Übersicht an möglichen Werkzeugen für zukünftige Flash-Generationen und einige Restriktionen, die die schnelle Weiterentwicklung bremsen.

Strukturgröße

Die Strukturgröße ist ein wesentlicher Punkt für die Preisreduktion und Leistungssteigerung, weil mit schmaleren Verbindungslinien und kleineren Transistorstrukturen mehr Speicherzellen auf gleicher Grundfläche möglich sind. Das verbilligt die Herstellungskosten.

Mit kleineren Strukturen (kürzere Leitungen) und weniger Zusatzlogik (Verarbeitungszeit) werden höhere Durchsatzraten bei kleineren Spannungspegeln und weniger Verlustleistung (Leckströme) erreicht. Mit weniger Strom wird weniger Wärme erzeugt und damit eine längere Lebensdauer und höhere Zuverlässigkeit erreicht. Die Strukturgröße wird als "feature size" oder mit anderen Schlagworten bezeichnet.

Scaling

Um die Leistungsfähigkeit von Computern zu steigern und ihren Energiebedarf zu verringern, wurden in der Vergangenheit Prozessoren und Speicher stetig verkleinert ("Dennardian scaling"). Doch diese Strategie steht vor dem Ende, weil die Physik ihr Grenzen setzt:

• Zu kleine Bauteile werden instabil,

• Daten können darin nicht mehr sicher gespeichert und verarbeitet werden.

Ein Grund dafür ist, dass schon einige Atome mehr oder weniger (in Bauteilen aus nur wenigen Atomen) zu ganz unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften führen können. Die genaue Zahl und Anordnung von nur wenigen Atomen in Metallen und Halbleitern, aus denen die Bauteile heute bestehen, lässt sich aber nicht zuverlässig kontrollieren.

Dennard-Scaling (die Grundlage für "Moore's Law") ist schon länger am Ende. Daher wurden in jüngster Zeit andere Techniken genutzt, um die Entwicklung noch einige Zeit mit gebremstem Tempo am Laufen zu halten. Dazu gehören "hi-K metal gates", wie in Sandy-Bridge-Prozessoren und 'tri-gate' (eine Variante von FinFET) in Ivy-Bridge-Prozessoren.

Diese Entwicklungen haben etwa zehn Jahre gedauert. Ein weiterer Ausweg waren Multi-Core-Prozessoren. Diese Technik hat aber auch ihre Grenzen erreicht. Schon "Amdahl's Law" zeigt, dass die Leistungsverbesserung mit immer mehr Prozessoren sehr schnell nur noch minimal ist.

Dark Silicon

Der Begriff "dark silicon" hat keinen Bezug zu Schwarzen Löchern oder zu Dunkler Materie. Er bezeichnet die Tatsache, dass durch das "down-scaling" die räumliche Verkleinerung der Funktionselemente zwar noch möglich war, dass aber die Energie nicht im gleichen Maße reduziert werden konnte.

Es kann nur eine begrenzte Anzahl von Transistoren (Speicherzellen) gleichzeitig aktiv sein, weil sich der Chip sonst aufgrund zu hoher Energiedichte selbst zerstören würde. Die Menge an dark silicon nimmt mit jeder Chip-Generation exponentiell zu.

Single-Level Cell (SLC & Multi-level Cell (MLC)

Die MLC-Technik definiert mehrere analoge Spannungspegel die als mehrere digitale Bits interpretiert werden. Für zwei Bits in einer Zelle werden vier Spannungspegel benötigt (00, 01, 10, 11). Bisher scheint dies nur bis zu 3 Bits je Zelle (X3 oder 3X) mit vertretbarem Aufwand möglich zu sein. Je mehr Bits/Zelle desto schlechter lassen sich die Bits detektieren.

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