TechInsights a récemment démantelé la mémoire Optane d'Intel et a publié son analyse de démontage (voir Figure 1) dans une microscopie électronique pénétrante (TEM). TechInsights prépare actuellement une version complète du démantèlement Rapport, sera bientôt ouvert à une analyse plus approfondie des détails.
Bien sûr, il est particulièrement intéressant d'examiner la structure des éléments de mémoire basée sur le tellure de germanium et l'antimoine (GST) (voir la figure 1). Il utilise une technique de 20 nm (nm) avec un rapport de profondeur de 2: 1, représentant une épaisseur d'environ 40 nm, Largeur de 20nm.
À partir de l'illustration de la figure 1, les deux extrémités du matériau de mémoire sont coiffées d'une couche de barrière ou d'interface et l'épaisseur est estimée à moins d'environ 4 nm, mais la couche d'interface, tout en agissant comme une couche de réaction chimique / couche d'alliage, Utilisé comme électrode de chauffage.
À partir de l'image publiée par TechInsights, on présume que le matériau de la mémoire active est présumé être dans son état cristallin ou conducteur. En fait, dans le bloc de matériau cristallin inférieur, il semble qu'il y ait un petit microcristal, La couche supérieure du bloc de cristal n'est pas si évidente. C'est peut-être la partie supérieure de la pile de mémoire qui exécute strictement les étapes de traitement pendant les microcristaux plus importants.
Comme le montre la mémoire de changement de phase (PCM) de la figure 2, un temps d'écriture plus rapide (SET) peut être atteint si la position de nucléation plus grande du matériau cristallin peut être saisie à partir de l'état (SET) où la cristallisation commence à croître. Cela évite le besoin de Plus de temps d'écriture, y compris suffisamment de temps pour nucléer et croître des cristaux. Chaque unité de mémoire Optane se compose d'un commutateur de seuil, d'un composant d'isolation de mémoire et de la mémoire elle-même. Si l'élément PCM est symétrique verticalement, l'électrode d'interface / couche barrière L'effet est qu'il existe deux spéculations intéressantes qui peuvent être discutées précédemment pour des directions nouvelles et différentes sur l'électrode de corps de chauffage.
L'une des prédictions est illustrée à la figure 2, où les deux couches de barrière d'interface (parties noires) sont des matériaux hautement conducteurs qui sont principalement utilisés pour empêcher toute action chimique entre le matériau PCM et d'autres parties de la structure d'électrode, Il a également la même importance pour aider à établir une structure thermique symétrique.
Dans ce cas, l'état RESET commencera à partir du point chaud central de fusion et se dilatera vers le matériau cristallin fondu. L'impulsion RESET ne sera pas terminée mais doit être terminée de telle sorte que l'interface à deux électrodes avec un matériau amorphe à haute résistance Dans toute opération d'état SET subséquente, la croissance cristalline se produira simultanément sur deux noyaux, comme indiqué sur le côté gauche de la Figure 2.
Peut-être plus intéressant est qu'il peut y avoir différentes options de croissance de cristaux jumeaux, comme le montre la figure 2b, et il est plus probable que cela se produise si la couche barrière d'interface est formée à partir d'un matériau de chauffage à haute résistance - et dans ce cas, Constituera d'abord le point chaud de fusion RESET et s'étendra des deux extrémités de la structure au centre.
Si un tel processus RESET peut être terminé de manière fiable, la région centrale du matériau cristallin devient un site de nucléation de cristal bidirectionnel prêt à l'emploi. Dans ce cas, la liaison cristalline pendant la période SET s'étendra des deux côtés du noyau vers chaque électrode Jusqu'à l'achèvement de l'ensemble du processus.
L'avantage de la sélection de la croissance des cristaux jumeaux est qu'il ne faut que la moitié du temps pour compléter le volume total de cristaux par rapport au même volume de matière à partir d'un seul site de nucléation d'une interface d'électrode, tout en fournissant une tension de seuil pour le composant de rapport d'aspect élevé. La deuxième option peut également laisser plus de mémoire dans l'état RESET. L'état SET est plus long que le processus d'écriture, et le gain de toute méthode (par exemple, 2 fois) est extrêmement important.
La sélection de la résistance de l'électrode de couche barrière / élément chauffant déterminera le choix entre les points d'accès central ou central, en plus de l'addition de toute polarisation thermique en raison de la présence d'un commutateur de seuil d'isolation matricielle ou d'une diaphonie thermique entre les cellules de mémoire d'empilement.
Le temps le plus rapide pour écrire (SET) est atteint lorsque l'interface cristalline croissante reste au taux maximal de croissance des cristaux. La figure 3 montre le processus PCM SET avec une structure asymétrique plus conventionnelle. Le problème réside dans le taux de croissance cristalline le plus rapide Se produit près de la fusion, ce qui nécessite que la majeure partie du matériau de silicium amorphe soit à l'état fondu.
L'utilisation d'une température d'interface de cristaux de croissance plus élevée et de la maintenir à une température proche de la fusion équivaut à appliquer tous les problèmes d'électromigration et de séparation des composants associés à l'impulsion RESET. Le problème est que plus le point de fusion est fondamental, Les problèmes de migration et de séparation des éléments sont plus nombreux.
Si à un coût plus long (SET), il est possible de ralentir le taux de croissance en abaissant la température de l'interface, ce qui entraîne un point de fusion plus faible pendant (SET) et réduit toute éloquence électromagnétique et la séparation des composants Certaines personnes pensent même qu'il est possible d'éviter complètement l'existence de matériaux fondus, un mécanisme de commutation électronique pur dans ce domaine sera très utile.
Une extension supplémentaire de cet argument signifie qu'il peut y avoir un temps d'écriture plus court à la même température que n'importe quel dispositif classique représenté sur la figure 2, par rapport à un dispositif classique à un seul noyau, Et a le même temps d'écriture que les appareils traditionnels à un seul élément avec des points d'accès plus petits et des températures d'interface inférieures, et peut également bénéficier de la dissipation de chaleur.
L'estimation du temps d'écriture est parfois basée sur le taux maximal de croissance des cristaux disponibles avec la TPS. Pour GST, le taux maximal de croissance cristalline de 0,55 m / sec peut être observé à 750 K. Quant à la structure de 40 nm, théoriquement, il sera de 72 nanosecondes (ns) (SET). À la température de l'interface 700K, le temps SET s'élève à 133ns et augmente rapidement jusqu'à 4 millisecondes (ms) à 500K. L'option double point chaud ou bidirectionnel réduit le temps de moitié. , Il faut également tenir compte du temps d'accès à partir de la partie de pilote / décodeur de puce d'E / S de la matrice.
Les noyaux ou les noyaux centraux sur chaque structure de mémoire d'électrode ne sont pas utiles pour la rétention de données de température élevées. Si l'échec de rétention de données commence par la liaison cristalline ou le chemin d'infiltration de la croissance du noyau, la distance entre les deux cas Ou, plus simplement, le double gain de structure à partir de l'écriture plus rapide (SET) a tendance à affecter la hausse des performances de conservation des données de température - afin que cela puisse s'appliquer et obtenir des temps de rétention de données relativement courts, ainsi que Optane Le temps réel de conservation des données est équivalent au NADN et Intel réclame 1000 fois les différentes discussions connexes.
La troisième possibilité de la structure de mémoire Symmetric Optane est qu'il ne nécessite pas de gros noyaux et RESET, y compris la sortie d'une partie des microcristaux, répartis uniformément sur l'ensemble du matériau mémoire en tant que noyau polycristallin, mais cette méthode Il est également utile de conserver les données de température élevées, et seule une très petite quantité de cristaux est nécessaire autour de chaque microcristal, ce qui peut entraîner un pont entre les particules conductrices et la rétention de la conservation des données.
Prévisions et discussion
Un problème important est que s'il y a une électrode de chauffage, il se peut que le bloc vert de la Figure 1 (b) soit soit l'électrode de commutation de seuil ou la couche de barrière, ce qui signifie que l'élément chauffant peut fonctionner dans le commutateur de mémoire et de seuil. TechInsights ou Intel fournit du matériel de mémoire avec plus de données dans son état RESET, fournissant des réponses à toutes sortes de suppositions.
Bien que mon hypothèse pour le modèle thermiquement symétrique double-cristallin puisse être - ou peut ne pas être correcte, mais dans le cadre de la solution Optane, d'autres recherches sont nécessaires, d'autant plus qu'elle fournit le temps d'écriture le plus long (SET) est réduit de deux fois et pesé sur la puissance de temps d'écriture, comme le montre la figure 4, qui peut être considérée comme une approche «vers le futur».
L'opération à double cristal du PCM est maintenant possible car, dans la structure de la mémoire de pile 3D, le composant de mémoire n'a pas d'asymétrie imposée sur la puce et le générateur de chaleur en raison d'un couplage serré.
En général, la solution de chauffage dans la solution de mémoire peut résoudre trois problèmes: on peut utiliser le bord du film comme l'électrode du bas, dans le temps disponible pour atteindre l'étape de micro-échelle. Il s'agit d'un composant plus petit pour fournir une consommation d'énergie inférieure, tandis que Le problème que le matériau actif doit être déposé à l'état cristallin.
Le troisième est d'éviter le problème de tension de seuil d'origine (ou de départ initial) qui est incompatible avec le fonctionnement normal. Ces étapes aboutissent à une structure «dôme» ou «champignon» avec plus de contrôle de l'interface de croissance des cristaux. La structure PCM lithographique, qui surmonte le dépôt de matière à l'état cristallin, est appliquée lors du test initial à une impulsion d'impulsion constante qui peut ramener progressivement le matériau cristallin à l'état amorphe. Évidemment, cela ne s'applique pas aux très grands réseaux, mais Était naturellement intégré dans le budget de test, devenant une application stratégiquement importante du composant de protocole de test rigoureux.
Au fur et à mesure que la lithographie continue de se rétrécir, la structure précédente du «dôme» a pratiquement disparu et est ensuite remplacée par une structure PCM «perforation» verticale bien serrée, qui réalise maintenant une structure symétrique qui ne nécessite pas d'élément chauffant.
L'impressionnante technologie du film avancé, l'emballage et l'architecture informatique ne sont pas la fin de toute l'histoire. Même si le développement de la technologie de la mémoire, le cœur de chaque unité de mémoire déterminera l'avenir d'Optane dans certaines applications de niche.
Attendez jusqu'à ce que TechInsights ou Intel offre plus de données sur le matériel de mémoire Optane dans l'état RESET, ce qui deviendra plus clair.
Compilateur: Susan Hong