Was kommt nach Flash?

Samsung konzentriert sich in Zukunft auf MRAM und RRAM

| Autor / Redakteur: Walter Schadhauser / Rainer Graefen

In dieser Ladungsfalle kann man 3 Bit speichern, also 8 Ladungszustände unterscheiden.
In dieser Ladungsfalle kann man 3 Bit speichern, also 8 Ladungszustände unterscheiden. (Bild: Samsung)

Halbleiterspeicher auf Basis von Phase Change Memory lösen nach Meinung vieler Experten Flash-Speicher ab. Doch Samsungs Halbleiterchef Kim Ki-nam will damit nichts zu tun haben und stellt die Weichen auf ein alternatives Ziel. Ein Blick auf das Portfolio zeigt, dass Samsung an einem größeren "Gesamtkunstwerk" arbeitet.

Die Frage steht im Raum: Wie lange lässt sich 3D-Flash noch verkleinern respektive verbessern? Mit dem Verfeinern der Strukturen sind die Halbleiter-Hersteller noch nicht ans Ende gekommen.

Zwei, drei Generation sind allem Anschein nach noch möglich. So knapp unter 10 Nanometer dürfte dann technisch das Ende der Fahnenstange erreicht sein. Absehbarerweise könnte das aber schon vorher unwirtschaftlich sein.

Bit-Packungsdichte

Anders sieht es mit dem Verbessern aus. Dreidimensionale Strukturen machen vieles einfacher für die Hersteller. Beim 48-lagigen V-Nand hat Samsung die Strukturen sogar wieder vergrößert. Statt 16 Nanometer (nm) werden wieder 21 nm prozessiert.

Die Kapazität nahm trotzdem von 64 GBit auf 256 GBit zu. Zusätzlich sind durch die größeren Strukturen auch die Floating Gates, die Elektronenspeicher, die derzeit 8 Ladungszuständen unterscheidbar machen, wieder robuster geworden. 48 Lagen sind jedoch nicht das Ende. Samsung wird sich wahrscheinlich in 16 Layer-Schritt an die nächste Kaüazitätserhöhung herantasten.

Derzeit rechnet man damit, dass man auch 96 Lagen ohne Probleme wachsen lassen könnte. Kombiniert mit geringeren Strukturbreiten würde das dann eine Speicherkapazität pro Die von 512 GBit (64 GByte) bedeuten. Da Samsung inzwischen 2 Dies in einen Baustein packt, summiert sich die Kapazität auf 128 GByte. Das würde umgerechnet eine Packungsdichte von ca. 5.200 MBit/mm² ergeben (Vergleich Planar: ca. 700 MBit/mm²) .

Halbleiter-Kompositionen

Während Samsung auf der einen Seite bei Ausnutzung aller Möglichkeiten von "Wachsen" und "Stapeln" derzeit Kapazitäten bei der 2,5-Zoll SSD von etwa 30 TByte herstellen könnte, ist der koreanische Hersteller auf der anderen Seite schon wieder auf einer neuen Baustelle und wirbt für Ball Grid Arrays (BGA), die eine 512 GByte große SSD mit dem modernen NVMe-Protokoll beinhalten. BGAs sind Chips, die direkt auf die Oberfläche von Leiterplatten gelötet werden können.

Diese PM971-NVMe SSD wiegt nur 1 Gramm und hat Abmessungen von (20 x 16 x 1,5) Millimeter. Damit wird manche 2,5-Zoll SSD und vielleicht auch der M.2-Standard überflüssig. Während die Kapazitäten wohl steigen werden, kann man an der Transferrate schon jetzt wernig aussetzen: 5 GByte Daten lassen sich laut Hersteller in 3 Sekunden übertragen. Die Konsequenzen für kompaktere Smartphonedesigns und Premium-Notebooks sind leicht erkennbar.

Auch bei der PM971-SSD kommt die "Wachsen und Stapel"-Technik zum Einsatz und zeigt, dass dies nur der Auftakt für die Eroberung neuer Massenmärkte ist. Die klassische SSD hat, auch das zeigt das Produkt-Beispiel, auf Dauer nur noch eine Chance für die Aufrüstung und kurzzeitge Werterhaltung von Altgeräten.

Time-out

Angesichts der Innovationsflut ist ein Ende kommerzieller Flash-Technik nicht erkennbar. Geht man davon aus, dass für je 16 weitere Lagen eine Vermarktungszeit von 16 Monaten eingeplant ist, dann vergehen bis zum Erreichen von 96 Lagen noch locker 4 bis 5 Jahre. Microsoft Entwickler rechneten von zwei Jahren sogar damit, dass uns Flash noch bis ins Jahr 2025 erhalten bleibt.

Für die Entwickler und potentiellen Hersteller der alternativen Halbleitertechnik PCM (Phase Change Memory) sind das keine schönen Zukunftsaussichten. Nicht zuletzt stellt sich Samsungs Halbleiterchef jetzt offiziell laut MRAM-Info-Newsletter gegen PCM, mit dem das Unternehmen auch in seinen Laboren experimentierte. Stattdessen favorisiert er MRAM und RRAM. "Wir sind mit unserer Terminplanung auf dem Weg und werden bald mit Produkten auf den Markt kommen", liess Kim Ki-nam verlautbaren.

Während RRAMs die NAND-Speicherzelle ersetzen sollen, wird MRAM als Update für DRAM-Memory, im speziellen wohl als Ersatz für NV-DIMMs propagiert.
Zeitgleich konnte man im MRAM-Newsletter lesen, dass es Entwicklern an der israelischen Bar Ilan Universität und der New York Universität gelungen ist, ein magnetisches Element mit sechs stabilen Zuständen zu designen. Damit wären auch bei MRAMs drei Bit pro Speicherzelle kein Problem mehr. Die hohen Schreibgeschwindigkeiten von MRAMs sollen durch die neuen Fähigkeiten nicht negativ beeinflusst werden. Und für eine höhere Packungsdichte kommt von japanischen Forschern eine Technik, die es erlaubt, Magnetic Tunnel Junctions direkt auf den Interconnect zu setzen.

Kommentare werden geladen....

Was meinen Sie zu diesem Thema?

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44091160 / Halbleiterspeicher)