TechInsights recientemente desmanteló la memoria Optane de Intel y lanzó su análisis de desmantelamiento (ver Figura 1) en un microscopio electrónico penetrante (TEM). TechInsights está preparando una versión completa del desmantelamiento Informe, pronto estará abierto a un análisis más detallado de los detalles.
Por supuesto, es particularmente interesante observar la estructura del elemento de memoria a base de germanio-antimonio-telurio (GST) (véase la figura 1), utilizando una técnica de 20 nm (nm) con una relación de profundidad de 2: 1, que representa un espesor de aproximadamente 40 nm, Ancho de 20nm.
A partir de la ilustración de la Figura 1, se tapan ambos extremos del material de memoria con una capa de barrera o capa de interfaz, y se estima que el espesor es menor que aproximadamente 4 nm, pero la capa de interfaz, mientras actúa como capa de barrera / Se utiliza como electrodo de calefacción.
De la imagen publicada por TechInsights se supone que se supone que el material de memoria activa está en su estado cristalino o conductor.En efecto, en el bloque de material cristalino inferior, parece que hay un pequeño microcristal, La capa superior del bloque de cristal no es tan obvia, puede ser la parte superior de la pila de memoria que ejecuta estrictamente las etapas de procesamiento durante los microcristales más grandes de ocurrencia natural.
Como se muestra en la memoria de cambio de fase (PCM) de la figura 2, se puede conseguir un tiempo de escritura más rápido (SET) si la posición de nucleación más grande del material cristalino puede ser agarrada desde el estado (SET) en el que comienza a crecer la cristalización. Cada unidad de memoria Optane consta de un interruptor de umbral, un componente de aislamiento de memoria y la propia memoria.Si el elemento PCM es verticalmente simétrico, entonces el electrodo de interfaz / capa de barrera El efecto es que hay dos especulaciones interesantes que pueden ser discutidas previamente para direcciones nuevas y diferentes en el electrodo del cuerpo de calefacción.
Una de las predicciones se muestra en la Figura 2, donde las dos capas de barrera de interfaz (porciones negras) son materiales altamente conductores que se utilizan principalmente para evitar cualquier acción química entre el material PCM y otras partes de la estructura de electrodos, También tiene la misma importancia en ayudar a establecer una estructura térmica simétrica.
En este caso, el estado RESET comenzará desde el punto caliente de fusión central y se expandirá hasta el material cristalino fundido.El impulso RESET no se completará, pero debe terminarse de modo que el interfaz de dos electrodos con un material amorfo de alta resistencia En cualquier operación posterior del estado SET, el crecimiento del cristal ocurrirá simultáneamente en dos núcleos, como se muestra en el lado izquierdo de la Figura 2.
Tal vez más interesante es que puede haber diferentes opciones de crecimiento de cristales gemelos, como se muestra en la Figura 2b, y esto es más probable que ocurra si la capa de barrera de interfaz se forma a partir de un material de calentamiento de alta resistencia - y en este caso, Primero formará el punto caliente de fusión RESET y se extenderá desde los dos extremos de la estructura hasta el centro.
Si dicho proceso RESET puede ser terminado de manera fiable, la región central del material cristalino se convierte en un sitio de nucleación de cristal bidireccional ya preparado.En este caso, el enlace cristalino durante el periodo SET se extenderá desde ambos lados del núcleo hacia cada electrodo Hasta que todo el proceso esté terminado.
La ventaja de la selección de crecimiento de cristales gemelos es que sólo se necesita la mitad del tiempo para completar el volumen total de cristales comparado con el mismo volumen de material de un único sitio de nucleación de una interfaz de electrodo, proporcionando un voltaje umbral para el componente de elevada relación de aspecto. La segunda opción también puede dejar más memoria en el estado RESET.El estado SET es el más largo del proceso de escritura, y la ganancia de cualquier método (por ejemplo, 2 veces) es extremadamente importante.
La selección de la resistencia del electrodo de capa de barrera / elemento de calentamiento determinará la elección entre los dos o puntos centrales individuales, además de la adición de cualquier sesgo térmico debido a la presencia de un interruptor de umbral de aislamiento de matriz o diafonía térmica entre celdas de memoria de pila.
El tiempo de escritura (SET) más rápido se alcanza cuando la interfase cristalina crecida permanece a la máxima velocidad de crecimiento de cristales La Figura 3 muestra el proceso PCM SET con una estructura asimétrica más convencional El problema radica en la tasa de crecimiento de cristales más rápida Se produce cerca de la fusión, lo que requiere que la mayor parte del material de silicio amorfo esté en estado fundido.
El uso de una temperatura de interfaz de cristal de crecimiento más alta y mantenerla a una temperatura cercana a la fusión es equivalente a aplicar todos los problemas de electromigración y de separación de componentes asociados al impulso de RESET.El problema es que cuanto mayor es el hotspot de fusión, Cuantos más problemas tenga la migración y la separación de elementos.
Si a un tiempo de coste más largo (SET), es posible disminuir la velocidad de crecimiento reduciendo la temperatura de la interfase, lo que resulta en un punto caliente de fusión más pequeño durante (SET) y reduce cualquier electromigración y separación de componentes Algunas personas incluso piensan que es posible evitar completamente la existencia de materiales fundidos, mecanismo de conmutación electrónica pura en esta área será muy útil.
Una extensión adicional de este argumento significa que se puede proporcionar un tiempo de escritura más corto a la misma temperatura que cualquiera de los dispositivos simétricos mostrados en la Figura 2 con un espesor fijo, en comparación con los dispositivos operados de un solo núcleo convencionales, Y tiene el mismo tiempo de escritura que los dispositivos de un solo núcleo tradicionales con puntos de acceso más pequeños y temperaturas de interfaz más bajas, y también puede tener el beneficio de la disipación de calor.
La estimación del tiempo de escritura se basa a veces en la tasa máxima de crecimiento de los cristales disponible con GST. Para GST, la velocidad máxima de crecimiento de los cristales de 0,55 m / s puede observarse a 750 K. En cuanto a la estructura de 40 nm, teóricamente será de 72 nanosegundos (ns) (SET) a una temperatura de interfaz de 700K, el tiempo SET aumenta a 133ns y se incrementa rápidamente a 4 milisegundos (ms) a 500 K. La opción de punto final dual o bidireccional reduce el tiempo a la mitad. , También es necesario considerar el tiempo de acceso desde la parte de controlador / decodificador de chip de E / S de la matriz.
Los núcleos o núcleos centrales en cada estructura de memoria del electrodo no son útiles para la retención de datos de temperatura elevada. Si el fallo de retención de datos comienza con el enlace cristalino o vía de infiltración del crecimiento del núcleo, la distancia entre los dos casos O, más sencillamente, la ganancia de estructura doble de la escritura más rápida (SET) tiende a afectar el rendimiento de retención de datos de temperatura en aumento - de modo que esto puede aplicarse y conseguir tiempos de retención de datos relativamente cortos, así como Optane El tiempo real de retención de datos es equivalente a NADN y Intel afirma 1.000 veces las diversas discusiones relacionadas.
La tercera posibilidad de la estructura de memoria de Optane simétrica es que no requiere núcleos grandes y RESET, incluyendo dejar una porción de los microcristales, distribuidos uniformemente sobre todo el material de memoria como un núcleo policristalino, pero este método También es útil mantener los datos de temperatura elevada, y sólo se requiere una cantidad muy pequeña de cristales alrededor de cada microcristal, lo que puede conducir a un puente entre las partículas conductoras y la retención de la retención de datos.
Pronóstico y discusión
Un problema importante es que si hay un electrodo de calentamiento, puede ser el bloque verde de la Figura 1 (b), o puede ser el electrodo de umbral / capa de barrera, lo que significa que el elemento de calentamiento puede funcionar en la memoria y el interruptor de umbral. TechInsights o Intel proporciona material de memoria con más datos en su estado RESET, proporcionando respuestas a todo tipo de conjeturas.
Mientras que mi conjetura para el modelo dual-cristalino térmicamente simétrico puede ser - o no puede ser correcta, pero como parte de la solución de Optane, la investigación adicional es necesaria, especialmente puesto que proporciona el tiempo más largo de la escritura (SET) se reduce en dos veces y se pesa sobre la potencia de tiempo de escritura, como se muestra en la Figura 4, que puede considerarse como un enfoque "de regreso al futuro".
La operación de doble cristal del PCM es ahora posible porque en la estructura de memoria de pila 3D, el componente de memoria no tiene asimetría impuesta sobre el chip y el generador de calor debido al acoplamiento estrecho.
En general, la solución de calentamiento en la solución de memoria puede resolver tres problemas: uno puede utilizar el borde de la película como el electrodo inferior, en el tiempo disponible para lograr el paso de micro escala. Es un componente más pequeño para proporcionar un menor consumo de energía, mientras que El problema de que el material activo debe depositarse en el estado cristalino.
El tercero es evitar el problema de voltaje umbral inicial (o inicio inicial) que es inconsistente con el funcionamiento normal.Estos pasos resultan en una estructura de "cúpula" o "hongo" con más control de la interfaz de crecimiento de cristal.Como para el área más grande La estructura litográfica PCM, que supera la deposición de material en el estado cristalino, se aplica en la prueba inicial a un impulso constante del pulso que puede devolver gradualmente el material cristalino al estado amorfo. Obviamente, esto no se aplica a las matrices muy grandes, pero Fue naturalmente integrado en el presupuesto de pruebas, convirtiéndose en una aplicación estratégicamente importante del componente de protocolo de prueba riguroso.
A medida que la litografía continúa encogiéndose, la estructura anterior de "cúpula" prácticamente ha desaparecido y luego es reemplazada por una estructura PCM verticalmente perforada, que ahora logra una estructura simétrica que no requiere un elemento calefactor.
Impresionante avanzada tecnología de la película, el embalaje y la arquitectura de la computadora no es el final de toda la historia. No importa cómo el desarrollo de la tecnología de memoria, el núcleo de cada unidad de memoria determinará el futuro de Optane en algunas aplicaciones de nicho.
Espere hasta que TechInsights o Intel ofrezca más datos sobre el material de memoria Optane en el estado RESET, todo lo cual se hará más claro.
Compilador: Susan Hong