SK 海力士预测存储未来:3D NAND 600 层以上!

投稿时间:2021-03-29  消息来源:  提交者:笑傲江湖

编者按:在最近的 IEEE 国际可靠性物理研讨会上,SK 海力士分享了其近期和未来的技术目标愿景。SK 海力士认为,通过将层数增加到 600 层以上,可以继续提高 3D NAND 的容量。此外,该公司有信心借助极紫外(EUV)光刻技术将 DRAM 技术扩展到 10nm 以下,以及将内存和逻辑芯片整合到同一个设备中,以应对不断增加的工作负载。
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SK 海力士首席执行官李锡熙说:“我们正在改进 DRAM 和 NAND 各个领域的技术发展所需的材料和设计结构,并逐步解决可靠性问题。如果以此为基础,并取得创新,将来有可能实现 10nm 以下的 DRAM 工艺和堆叠 600 层以上的 NAND。”
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历史的经验早已证明,3D NAND 无论是在性能还是在可拓展方面,都是一种非常高效的体系结构,因此,SK 海力士将在未来几年继续使用它。早在 2020 年 12 月,SK 海力士就推出了具有 1.6Gbps 接口的 176 层 3D NAND 存储器,且已经开始和 SSD 控制器制造商一起开发 512GB 的 176 层存储芯片,预计在 2022 年会基于新型 3D NAND 存储器进行驱动。

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就在几年前,该公司认为可以将 3D NAND 扩展到 500 层左右,但是现在它已经有信心可以在不久的将来将其扩展到 600 层以上。随着层数的增加,SK 海力士以及其他 3D NAND 生产商不得不让每一层变得更薄,NAND 单元更小,并引入新的电介质材料来保持均匀电荷,从而保持可靠性。
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SK 海力士已经是原子层沉积领域的领导者之一,因此其下一个目标是实现高深宽比(A/R)接触(HARC)刻蚀技术。同样,对于 600 层以上的 3D NAND,可能还需要学会如何将多层晶圆堆叠起来。
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行业何时才能有 600 层以上的 3D NAND 设备以及如此惊人的层数将带来的多大的容量,SK 海力士没有给出具体预测,不过该公司仅凭借 176 层技术就已经着眼于 1TB 的产品,因此 600 层以上的产品容量将是巨大的。
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与美光科技不同,SK 海力士认为采用 EUV 光刻技术是保持 DRAM 性能不断提高,同时提高存储芯片容量、控制功耗最直接的方法。借助 DDR5,该公司不得不推出容量超过 16GB 的存储设备,数据传输速率可达 6400GT/s,这些存储设备将堆叠在一起以构建大容量的 DRAM。
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由于未来的存储器产品必须满足高性能、高容量以及低功耗等要求,因此先进的制造技术变得更加重要。为了成功实施 EUV 技术,SK 海力士正在开发用于稳定 EUV 图案和缺陷管理的新材料和光刻胶。另外,该公司正在寻求新的电池结构,同时通过使用由高介电常数材料制成更薄的的电介质来保持其电容。
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值得注意的是,SK 海力士现在也在寻找减少 “用于互连的金属”电阻的方法,这表明 DRAM 晶体管的尺寸已经变得非常小,以至于其触点将成为瓶颈。借助 EUV,晶体管将缩小尺寸,提升性能并降低功耗,接触电阻将成为 10nm 以下的瓶颈。不同的芯片生厂商用不同的方式来解决这一问题:英特尔决定使用钴代替钨,而台积电和三星则选择了选择性钨沉积工艺。SK 海力士未详细说明其抗接触电阻的方法,只是表明正在寻求下一代电极和绝缘材料并引入新工艺。
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除了使 DRAM 速度更快并提高容量外,SK 海力士还期待融合内存和处理技术。如今,用于超级计算机的尖端处理器使用通过插入器连接到它们的高带宽(HBM),SK 海力士将此概念称之为 PNM(近内存处理),并断言下一步将是处理器和内存存在于单个封装中的 PIM(内存中处理),而该公司最终将寻找 CIM(内存中计算),将 CPU 和内存集成到一起。
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SK 海力士的 CIM 在很大程度上与今年 2 月推出的三星 PIM(内存处理)概念相似,并可能满足 HJEDEC 定义的工业标准。三星的 HBM- PIM 将以 300MHz 运行的 32 个支持 FP16 的可编程计算单元(PCU)嵌入到 4GB 内存裸片中。可以使用常规存储命令控制 PCU,并执行一些基本计算。三星声称其 HBM-PIM 内存已经在领先的 AI 解决方案提供商的 AI 加速器中进行了试验,该技术可以使用 DRAM 制造工艺制造,对于不需要高精度但可以从数量众多的简化内核中受益的 AI 和其他工作负载意义重大。
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目前尚不清楚 SK 海力士是否将根据三星提出的即将发布的 JEDEC 标准实施 CIM,或者采用专有技术,但可以确定的是,全球最大的 DRAM 制造商对融合的存储器和逻辑设备都抱有相似的愿景。
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逻辑和内存的融合对于利基应用非常有意义,同时,还有更多常见的应用程序可以从内存,存储和处理器更紧密的集成中受益。为此,SK 海力士正在开发紧密集成异构计算互连封装技术,这些封装包含处理 IP、DRAM、NAND、微机电系统(MEMS)、射频识别(RFID)和各种传感器。不过,该公司尚未提供许多详细信息。
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