Ειδήσεις

Στις πρόσφατες 2020 διεθνείς συσκευές ηλεκτρονίων που συναντιούνται (IEDM), Imec παρουσίασε μια εργασία για ένα μυθιστόρημα πυκνωτής-λιγότερη αρχιτεκτονική κυττάρων DRAM.

Το DRAM χρησιμοποιείται για την κύρια μνήμη στα συστήματα, και οι σημερινές πιό προηγμένες συσκευές είναι βασισμένες κατά προσέγγιση σε 18nm στις διαδικασίες 15nm. Το φυσικό όριο για το DRAM είναι κάπου γύρω από 10nm.

Τοένας DRAM το ίδιο είναι βασισμένο σε μια ένας-κρυσταλλολυχνία, αρχιτεκτονική κυττάρων μνήμης ένας-πυκνωτών (1T1C). Το πρόβλημα είναι ότι γίνεται δυσκολότερο στην κλίμακα ή συρρικνώνεται τον πυκνωτή σε κάθε κόμβο.

«Οι παραδοσιακές 1T1C DRAM μνήμες ξελεπιάσματος πέρα από την πυκνότητα κύβων 32Gb αντιμετωπίζουν δύο σημαντικές προκλήσεις,» σύμφωνα με Imec. «Πρώτα, οι δυσκολίες στο Si-βασισμένο στον ξελέπιασμα κρυσταλλολυχνιών σειράς το κάνουν προκλητικό για να διατηρηθεί η απαραίτητη αντίσταση γραμμών από-ρευμάτων και κόσμων με το μειωμένος μέγεθος κυττάρων. Δεύτερον, η τρισδιάστατες ολοκλήρωση και η εξελιξιμότητα – η τελευταία πορεία προς την υψηλή πυκνότητα DRAM – περιορίζονται από την ανάγκη για έναν πυκνωτή αποθήκευσης.»

Στην Ε&Α, η βιομηχανία εργάζεται στις διάφορες τεχνολογίες μνήμης επόμενης γενιάς για να αντικαταστήσει το DRAM. Κατόπιν, μερικοί λειτουργούν στους τρόπους να επεκταθεί το σημερινό DRAM χρησιμοποιώντας τα νέα υλικά.

Παραδείγματος χάριν, Imec έχει επινοήσει μια αρχιτεκτονική κυττάρων DRAM που δεν εφαρμόζει δύο λεπτή κρυσταλλολυχνία ίνδιο-γάλλιο-ψευδάργυρος-οξειδίων (IGZO-TFTs) και κανέναν πυκνωτή αποθήκευσης. Τα κύτταρα DRAM σε μια διαμόρφωση 2T0C (2 κρυσταλλολυχνία 0 πυκνωτής) παρουσιάζουν χρόνο διατήρησης πιό μακροχρόνιο από 400s για τις διαφορετικές διαστάσεις κυττάρων. Αυτό μειώνει με τη σειρά της μνήμης αναζωογονεί το ποσοστό και την κατανάλωση ισχύος.

Η δυνατότητα να υποβληθεί σε επεξεργασία IGZO-TFTs στη γραμμή κατασκευής πίσω-τέλος--γραμμών (BEOL) μειώνει το ίχνος του κυττάρου και ανοίγει τη δυνατότητα τα μεμονωμένα κύτταρα.

«Εκτός από το χρόνο μακροχρόνιας διατήρησης, τα IGZO-TFT-βασισμένα κύτταρα DRAM παρουσιάζουν ένα δεύτερο σημαντικό πλεονέκτημα πέρα από τις τρέχουσες τεχνολογίες DRAM. Αντίθετα από το Si, οι κρυσταλλολυχνίες igzo-TFT μπορούν να κατασκευαστούν στις σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες και είναι έτσι συμβατές με την επεξεργασία BEOL. Αυτό επιτρέπει σε μας για να κινήσει την περιφέρεια του κυττάρου μνήμης DRAM κάτω από τη σειρά μνήμης, η οποία μειώνει σημαντικά το ίχνος του κύβου μνήμης. Επιπλέον, η επεξεργασία BEOL ανοίγει τις διαδρομές προς τη συσσώρευση των μεμονωμένων κυττάρων DRAM, ως εκ τούτου επιτρέποντας τις αρχιτεκτονικές τρισδιάστατος-DRAM. Η σημαντική λύση μας θα βοηθήσει λυσσασμένο κάτω ο αποκαλούμενος τοίχος μνήμης, επιτρέποντας στις μνήμες DRAM για να συνεχίσει έναν κρίσιμο ρόλο στην απαίτηση των εφαρμογών όπως ο υπολογισμός σύννεφων και η τεχνητή νοημοσύνη,» εν λόγω Gouri Sankar Kar, Διευθυντής προγράμματος σε Imec.

14nm stt-MRAM
Επίσης σε IEDM, η IBM παρουσίασε μια εργασία για την τεχνολογία παγκόσμιας πρώτη ενσωματωμένη περιστροφή-μεταφορά-ροπής MRAM (stt-MRAM) στον κόμβο διαδικασίας 14nm CMOS.

Η τεχνολογία stt-MRAM της IBM σχεδιάζεται για τις ενσωματωμένες και εφαρμογές μνήμης κρύπτης σε κινητό, την αποθήκευση και άλλα συστήματα.

Μια τεχνολογία μνήμης επόμενης γενιάς, stt-MRAM είναι ελκυστική επειδή χαρακτηρίζει την ταχύτητα SRAM και τη μη-αστάθεια της λάμψης με την απεριόριστη αντοχή. Stt-MRAM είναι μια αρχιτεκτονική ένας-κρυσταλλολυχνιών με ένα μαγνητικό κύτταρο μνήμης συνδέσεων σηράγγων (MTJ). Χρησιμοποιεί το μαγνητισμό της περιστροφής ηλεκτρονίων για να παρέχει τις αμετάβλητες ιδιότητες στα τσιπ. Γράψτε και διαβάστε ότι οι λειτουργίες μοιράζονται την ίδια παράλληλη πορεία στο κύτταρο MTJ.

Υπάρχουν δύο τύποι STT-MRAM-αυτόνομων τσιπ και ενσωματωμένος. Αυτόνομο stt-MRAM στέλνει και χρησιμοποιείται στις κινήσεις επιχειρηματικών στερεάς κατάστασης (SSDs.)

Stt-MRAM στοχεύει επίσης για να αντικαταστήσει σημερινή ενσωματωμένη ΟΎΤΕ τη αστραπιαία σκέψη στους μικροελεγκτές (MCUs) και άλλα τσιπ. Stt-MRAM συνδέεται επίσης για τις εφαρμογές μνήμης κρύπτης.

Σημερινό MCUs ενσωματώνει διάφορα συστατικά στο ίδιο τσιπ, όπως μια μονάδα κεντρικής επεξεργασίας (ΚΜΕ), SRAM, η ενσωματωμένη μνήμη και οι περιφερειακές μονάδες. Η ενσωματωμένη μνήμη χρησιμοποιείται για την αποθήκευση κώδικα, ποιες μπότες επάνω μια συσκευή και επιτρέπει σε την για να τρέξει τα προγράμματα. Ένας από τους πιό κοινούς ενσωματωμένους τύπους μνήμης καλείται ΟΥΤΕ αστραπιαία σκέψη. ΟΥΤΕ η αστραπιαία σκέψη είναι τραχιά και λειτουργεί στις ενσωματωμένες εφαρμογές.

Αλλά ΟΥΤΕ τρέχει έξω του ατμού και είναι δύσκολος στην κλίμακα πέρα από τους κόμβους 28nm/22nm. Συν, ενσωματωμένος ΟΥΤΕ ή eFlash γίνεται πάρα πολύ ακριβός στους προηγμένους κόμβους.

Αυτός είναι όπου stt-MRAM εγκαθιστά -εσύ θα αντικαταστήσει ενσωματωμένος ΟΎΤΕ σε 28nm/22nm και πέρα. «Εντούτοις, αυτές οι προηγμένες εφαρμογές έχουν περιοριστεί από δύο βασικές προκλήσεις: 1) βελτιώνοντας την απόδοση MTJ για να μειώσει γράψτε τα ρεύματα ελέγχοντας τις διανομές και 2) αύξηση του κυκλώματος MRAM/CMOS και της πυκνότητας κυττάρων για το ξελέπιασμα προωθώ-κόμβων. Προηγούμενη κύρια εργασία, όλες στο 28nm – κόμβοι 22nm, έδωσε έμφαση στην πρόκληση της ενσωμάτωσης της σφιχτός-πίσσας MTJs μέσα στο σύντομο κάθετο διάστημα διαθέσιμο μεταξύ των επιπέδων μετάλλων BEOL – μια πρόκληση που έχει αποτρέψει μέχρι στιγμής τον κόμβο 14nm eMRAM από να αναπτυχθεί, ο» εν λόγω Ντάνιελ Edelstein, ένας συνεργάτης της IBM στο έγγραφο. Άλλοι που συμβάλλουν στην εργασία.

«Εδώ, καταδεικνύουμε την πρώτη τεχνολογία κόμβων 14nm eMRAM. Χρησιμοποιώντας μια μακροεντολή 2Mb eMRAM, επιτυγχάνουμε μια ολοκλήρωση σε μια σφιχτή πίσσα MTJ (160nm), η οποία εγκαθιστά κάθετα μεταξύ M1 και του τετρ.μέτρου. Αυτή η τοποθέτηση μεγιστοποιεί eMRAM την απόδοση κυκλωμάτων με την εξάλειψη του συσσωρευμένου parasitics BEOL, και μειώνει το μέγεθος και το κόστος τσιπ με τον καθαρισμό των ανώτερων διαδρομών καλωδίωσης για τη λογική, και μείωση του συνολικού αριθμού των επιπέδων για να συνδέσει με καλώδιο τις μεγάλες σειρές (αυτοί μπορεί να χρειαστούν τα επίπεδα $cu n+3 για MTJs που τοποθετούνται στο ΜΝ επιπέδων, ως εκ τούτου το πλεονέκτημα n=1). Καταδεικνύουμε διαβασμένος και γράφουμε τη λειτουργία, η συμπερίληψη γράφει την απόδοση κάτω σε 4ns, και δείχνει ότι η ενότητα διαδικασίας eMRAM μπορεί να προστεθεί διατηρώντας τις απαιτήσεις αξιοπιστίας λογικής BEOL,» Edelstein εν λόγω.

«Διάφορες καινοτομίες διαδικασίας μονάδων επέτρεψαν αυτήν την ολοκλήρωση, συμπεριλαμβανομένου ενός νέου υπο--λιθογραφικού κατώτατου ηλεκτροδίου microstud (μ-στήριγμα) (ΜΠΕΛ), του λεπτού ελέγχου σχεδιαγράμματος της διαμόρφωσης MTJ και των διηλεκτρικών ταινιών, βελτιστοποιημένη επιμετάλλωση BEL/MTJ, και βελτιστοποιημένο planarization μετα-MTJ χαμηλός-Κ στις περιοχές σειράς και λογικής,» είπε.

Μη-ιδανικό ReRAM
CEA-Leti έχει καταδείξει μια τεχνική εκμάθησης μηχανών που εκμεταλλεύεται τα «μη-ιδανικά» γνωρίσματα του ανθεκτικού RAM (ReRAM).

Οι ερευνητές έχουν υπερνικήσει διάφορα εμπόδια για να αναπτύξουν τις reRAM-βασισμένες συσκευές για την άκρη του υπολογισμού.

Ένα υποσύνολο του AI, εκμάθηση μηχανών χρησιμοποιεί ένα νευρικό δίκτυο σε ένα σύστημα. Ένα νευρικό δίκτυο κριτσανίζει τα στοιχεία και προσδιορίζει τα σχέδια στο σύστημα. Κατόπιν, ταιριάζει με ορισμένα σχέδια και μαθαίνει όποιοι εκείνων των ιδιοτήτων είναι σημαντικοί.

Το ReRAM, εν τω μεταξύ, είναι επίσης ένας τύπος μνήμης επόμενης γενιάς. Το ReRAM έχει διαβάσει χαμηλότερα τις λανθάνουσες καταστάσεις και γράφει γρηγορότερα την απόδοση από τη σημερινή αστραπιαία σκέψη. Σε ReRAM, μια τάση εφαρμόζεται σε έναν υλικό σωρό, δημιουργώντας μια αλλαγή στην αντίσταση εκείνο το στοιχείο αρχείων στη μνήμη.

Το ReRAM, εντούτοις, είναι δύσκολο να αναπτυχθεί. Μόνο μερικοί έχουν στείλει τα μέρη στην αγορά. Υπάρχουν άλλα ζητήματα. Οι «τρέχουσες προσεγγίσεις χρησιμοποιούν χαρακτηριστικά τους αλγορίθμους εκμάθησης που δεν μπορούν να συμφιλιωθούν με τα εγγενή μη-idealities της ανθεκτικής μνήμης, ιδιαίτερα μεταβλητότητα κύκλος--κύκλων,» ο εν λόγω Thomas Dalgaty CEA-Leti στην ηλεκτρονική φύσης, ένα περιοδικό τεχνολογίας.

«Εδώ, εκθέτουμε ένα σχέδιο εκμάθησης μηχανών που εκμεταλλεύεται τη μεταβλητότητα memristor για να εφαρμόσει τη δειγματοληψία του Μόντε Κάρλο αλυσίδας του Μαρκώφ σε μια κατασκευασμένη σειρά 16.384 συσκευών που διαμορφώνεται ως Μπεϋζιανό πρότυπο εκμάθησης μηχανών,» Dalgaty εν λόγω. «Η προσέγγισή μας καταδεικνύει την ευρωστία στην υποβάθμιση συσκευών σε δέκα εκατομμύριο κύκλους αντοχής, και, βασισμένος στο κύκλωμα και οι σύστημα-ισόπεδες προσομοιώσεις, η συνολική ενέργεια που απαιτείται για να εκπαιδεύσει τα πρότυπα υπολογίζονται για να είναι σε παραγγελία των microjoules, η οποία είναι ειδικότερα χαμηλότερη απ'ό, τι στο συμπληρωματικό μέταλλο-οξείδιο-ημιαγωγό (CMOS) - βασισμένες προσεγγίσεις. » (Από Mark LaPedus)