从3D XPoint蓝图看半导体研发巨大成本

上网时间: 2016年01月20日? 作者:Rick Merritt? 我来评论 【字号: ? ?小】

随着3D XPoint存储器芯片脱离研究端段进入量产,英特尔(Intel)与美光(Micron)合资存储器制造商IM Flash的共同执行长Guy Blalock在一场于美国加州举行的芯片业高层年会上,透露了更多有关该创新存储器技术的细节,以及其产品蓝图与制作上的困难度。

英特尔与美光是在去年7月宣布定义了一种新存储器架构3D XPoint,填补了DRAM与快闪存储器之间的空隙,以更高的性能与较低的延迟,提供媲美NAND快闪存储体的密度;Blalock 表示:“硫系(Chalcogenide)材料与Ovonyx公司开发的开关(switch),是这种起源可回溯至1960年代的存储器技术之神奇成分。”

Blalock指出,XPoint存储器可能还需要12~18个月才会进入量产,制作这种芯片就像3D NAND组件一样,仍面临数个挑战;两种芯片目前都在IM Flash的美国犹他州晶圆厂进行开发。“我们正在努力克服困难实现这两种新存储器产品;”不过他也透露,XPoint存储的样本就快要问世:“再给研发人员一点点时间去解决最后的小问题。”

新材料的一个缺点是可能会有交叉污染(cross contamination)的问题;Blalock表示,要避免这种威胁:“你需要增加许多的层叠沉积制程步骤,以及很多扩散(diffusion)与化学气相沉积(CVD)。”他确认了去年市场出现的猜测。

3D Xpoint使用了至少100种新材料,也引发了关于供应链的疑虑;对此Blalock指出:“有一些材料我们可能只有来自单一地点的单一供应商…很多客户会无法忍受这种程度的风险──他们想要有多供应来源与地点,以避免天灾威胁。”

Blalock表示,XPoint 与3D NAND的独特垂直设计架构,需要更多的机器执行制程步骤,会削减约15%的晶圆厂产出:“我们不曾见过有哪一种技术带来这种程度的产出率降低挑战。”额外的设备可能让资本支出与所需厂房空间,比先前的最新一代快闪存储器增加3~5倍;此外,未来XPoint技术每一次演进也预期会需要比3D NAND更多的支出与厂房空间。

因此IM Flash正在催促设备制造商大幅提升系统生产力,为了保持晶圆厂产出速度平稳;湿式制程必须从第一代的在每26平方英尺厂房面积、每小时处理180片晶圆,在第三代大幅提升至在每20平方英尺厂房面积、每小时处理1,000片晶圆。

Blalock表示:“湿式制程设备表现非常好…但干式蚀刻并没有在生产力上有太多进步,以因应挑战;”他呼吁设备生产力提升需要由传统20~30%的幅度,大幅演进至两倍到三倍。

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3D NAND 与XPoint 存储器需要更高的成本与更大生产空间(来源:IM Flash)

上述种种挑战可能会影响XPoint产品蓝图;Blalock预见3D NAND 会有一个简单的进程,从32层开始增加至48与64层,而XPoint一开始会是双层堆叠:“我们可以清楚看到它发展至四层堆叠,以及采用正确微影技术的设计微缩带来之些许好处…如果深紫外光微影(EUV)能跟着3D XPoint进展三个世代,会简单得多。”

在一个以非挥发性存储器为基础的固态硬盘中,XPoint能提供每秒9万5,000 I/O运作、9微秒(microsecond)延迟的性能,而快闪存储器则是每秒1万3,400 I/O、73微秒延迟;XPoint的高性能可望实现各种应用,包括执行巨量资料分析的服务器、机器学习,以及高端游戏机等。

Blalock透露,第二代XPoint可望应用于一种结合DRAM的混合式主存储器,锁定需要更高密度、并能耐受更高延迟的应用。应用于DIMM的XPoint版本,则能实现在双插槽Xeon服务器中高达6TBytes的主存储器,而成本只要DRAM的一半;英特尔资料中心事业群总经理Diane Bryant先前曾表示,该种服务器预定2017年上市。

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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