211service.com
Flash-geheugen met de hoogste capaciteit tot nu toe
Zelfs met de elektronica-industrie in het economische slop, wedt geheugenkaartmaker SanDisk dat klanten bereid zullen zijn te betalen om meer data in hun zak te steken.
Geheugen vermenigvuldigd: Een microfoto van een 64-gigabit flash-chip, die vier bits per geheugencel kan opslaan - het dubbele van de hoeveelheid die traditioneel wordt opgeslagen.
Het bedrijf heeft een aanzienlijke vooruitgang aangekondigd op het gebied van flash-geheugentechnologie waarmee 64 gigabit aan gegevens kan worden opgeslagen op een chip ter grootte van een vingernagel. De nieuwe, ruimere flashchips doen dit door vier bits per geheugencel vast te houden, in tegenstelling tot de standaard één of twee bits per cel. SanDisk presenteerde details van het voorschot op de Internationale Solid State Circuits-conferentie Dinsdag in San Francisco.
Het ontwikkelen van een vier-bits-per-cel-chip is een enorme uitdaging, en we beschouwen dit als een grote doorbraak, zegt Khandker Quader, senior vice-president geheugentechnologie en productontwikkeling bij SanDisk. Quader voegt eraan toe dat het werk dat op de conferentie werd gepresenteerd en dat erop gericht is ervoor te zorgen dat gegevens betrouwbaar worden opgeslagen, gevolgen heeft voor toekomstige generaties flash-geheugen.
Flash-geheugen is een steunpilaar van de elektronica-industrie geworden. Het wordt gebruikt in veel gadgets, waaronder camera's, gameconsoles, mobiele telefoons en de nieuwste laptops. Omdat gegevens op een flashchip worden opgeslagen als elektrische lading op transistors, is flashgeheugen onderworpen aan het beroemde credo dat decennia geleden door Gordon Moore van Intel naar voren werd gebracht: dat het aantal transistors op een chip elke twee jaar zal verdubbelen. Met andere woorden, dankzij de steeds kleiner wordende transistors wordt het flashgeheugen alleen maar groter.
In de afgelopen jaren hebben ingenieurs echter een andere manier gevonden om de capaciteit van flashdrives te vergroten, zonder te wachten tot de transistors krimpen. Ze doen dit door meer dan één bit aan gegevens per transistor op te slaan, in zogenaamde multilevel-cellen (MLC's). In een cel met één niveau worden gegevens opgeslagen met behulp van twee verschillende toestanden, gedefinieerd door verschillende spanningsniveaus. Daarentegen slaat een vier-bits MLC informatie op in 16 toestanden, wat zich vertaalt in vier bits gegevens per cel, of vier keer de hoeveelheid informatie.
Deze truc is zeker niet eenvoudig. Ervoor zorgen dat elke geheugencel precies de juiste spanning behoudt, zonder die van aangrenzende cellen te verstoren, is een grote uitdaging, zegt Quader. Een ander probleem is het verminderen van de tijd die nodig is om naar deze cellen te schrijven.
SanDisk loste deze problemen op met nieuwe algoritmen die op een flash-geheugenchipcontroller draaien. Om gegevens van en naar cellen te schrijven en te lezen, gebruiken ingenieurs enkele van de transistors op een flashchip om de andere transistors te besturen die worden gebruikt om gegevens op te slaan. Deze algoritmen zijn belangrijke factoren bij het betrouwbaar proppen van vier bits per cel.
We hebben een aantal sleutelconcepten geïntroduceerd waarmee we de geheugenkant ervan kunnen beheren, zegt Quader. De complexiteit van deze distributie is zo veel anders dan wat je doet met twee bits per cel.
Gewoonlijk wordt een enkele aangelegde spanning gebruikt om gegevens naar een geheugencel te schrijven, maar deze benadering werkt niet met vier-bits cellen omdat ze zo klein en dicht bij elkaar zijn. Schrijven naar één cel kan gemakkelijk een aangrenzende cel wissen vanwege elektrische koppelingseffecten. Door een benadering te gebruiken die driestapsprogrammering wordt genoemd, wordt dit probleem omzeild. Een kleine spanning wordt toegepast op één cel, waardoor effectief slechts 3 van de 16 toestanden worden geprogrammeerd. Vervolgens worden de aangrenzende cellen geprogrammeerd op respectievelijk 15 en 3 niveaus, waarbij verschillende spanningen worden gebruikt. Ten slotte wordt de oorspronkelijke cel een tweede keer geprogrammeerd. Door gegevens op deze stapsgewijze manier te schrijven, worden elektrische eigenschappen in de cel geproduceerd die een betrouwbare opslag van bits garanderen.
Omdat het programmeerschema iets langer duurt dan bij traditionele benaderingen, heeft SanDisk een functie ontwikkeld die de in cellen opgeslagen spanningen detecteert door de eerder gemeten waarden effectief te onthouden. Het eindresultaat is een chip die gegevens kan schrijven met een snelheid van 7,8 megabyte per seconde, dicht bij de snelheid waarmee toegang tot bestaande chips kan worden verkregen. Quader van SanDisk zegt dat de 64-gigabit-chips vóór de tweede helft van dit jaar in productie zullen zijn, met behulp van 43-nanometer lithografietechnologie.
Mark Bauer , een research fellow bij geheugenbedrijf Numonyx en voorzitter van de conferentiesessie, zegt dat de echte innovatie achter het werk van SanDisk de controllertechnologie is. Je zult geen vierbits flits zien zonder die controller, zegt hij.
Bauer voegt eraan toe dat, hoewel sommige experts hebben voorspeld dat flash-geheugen zijn opslaglimieten bereikt, slimme engineering de technologie steeds nieuw leven inblaast. Vier jaar geleden zeiden mensen dat Flash een wegversperring bereikte, maar de verbeteringen blijven komen, zegt hij. We kunnen niet zeggen welke oplossingen die vandaag worden onderzocht, de problemen van morgen zullen oplossen.