Detalj fra skive med PCM-brikker. (Bilde: Numonyx)

Nytt gjennombrudd for nestegenerasjon minne

Intel og Numonyx er først ute med å vise stablet faseskiftminne.

Faseskiftminne («phase change memory» eller PCM) har vært betraktet som en løfterik idé siden 1970-tallet. Trass i intens forskning fra ledende halvlederprodusenter som Intel og STMicroelectronics – og deres felles datter Numonyx siden i fjor – samt Ovonyx, IBM, Samsung og Philips, har det ennå ikke lykkes å bringe produkter ut til massemarkedet.

PCM skal kombinere de beste egenskapene fra DRAM og flashminne. En brikke basert på faseskiftminne skal være like raskt som en DRAM-brikke, og samtidig ha nøkkelegenskapen til flashminne, det vil si at en bevarer innholdet også når den ikke står under spenning. Fordi PCM teoretisk sett kan krympes langt mer enn DRAM, betraktes det som spesielt løfterikt.

Intel og Numonyx har tidligere vist at brikker med PCM-celler lagt ut i en todimensjonal matrise fungerer, og prøver på 128 megabit PCM-brikker produsert etter en 90 nanometers prosess er gjort tilgjengelig for partnere. Neste utfordring er følgelig å legge lag av todimensjonale matriser oppe på hverandre, slik at man får stablet faseskiftminne. Dette er påkrevet for å realisere tettheten som PCM lover, og som kommersiell bruk krever.

I går kunngjorde Intel og Numonyx at de har greide nettopp dette. De har framstilt en flerlaget PCM-brikke på 64 megabit fra én skive silisium, altså i én operasjon.

Detalj fra skive med PCM-brikker.
Detalj fra skive med PCM-brikker. Bilde: Numonyx

Koplingen mellom minneceller som ligger rett over hverandre, altså i hvert sitt lag, skjer ved at selve PCM-cellen er integrert med en svitsj. Denne «vertikalt integrerte minnecellen» kalles PCMS for «phase change memory and switch».

Evnen til å produsere tredimensjonal PCM er en milepæl. Numonyx advarer at brikken med stablede PCM-matriser ikke er testet ennå. Foreløpig har bare testbrikker med PCM-celler i ett lag blitt testet. Selskapet legger til at erfaring fra annen minneteknologi er at det er det første laget som er den store utfordringen. Har man greid å få en teknologi til å fungere i ett lag, og deretter viser at det er mulig å produsere den i flere lag, får man også flerlagsbrikkene til å fungere.

På sitt nettsted, viser Numonyx en sammenlikning av fem teknologier for digitalt minne – PCM, DRAM, NAND-flashminne, NOR-flashminne og EEPROM – med utgangspunkt i fem nøkkelegenskaper: hvorvidt en minnecelle kan overskrives direkte («bit alterable»), hvorvidt innholdet bevares når strømmen er slått av («non-volatile»), lesehastighet, skrivehastighet og skalerbarhet.

PCM er alene om å oppnå «grønt lys» for alle disse egenskapene. NAND og NOR krever en egen sletteoperasjon før en minnecelle kan motta nytt innhold. DRAM er, som kjent, volatilt, det vil si at innholdet forsvinner straks spenningen slås av. NAND-minne er svært tregt å lese fra, sammenliknet med andre teknologier.

PCM er den eneste teknologien som får «grønt lys» for skalerbarhet.

Denne egenskapen dreier seg om evnen til å krympe hver celle slik at informasjon kan pakkes stadig tettere. Den av de øvrige teknologiene som har best evne til å krympes, NAND, får et problem ved 45 nanometer. Da reduseres skillet mellom «0» og «1» i en celle til færre enn 100 elektroner, og da når man en terskel der feilratene blir så store at minnet blir upålitelig.

Grunnen til at PCM skalerer så bra, ligger i selve faseskiftteknologien. Det dreier seg om å få en klump materiale, kjent bare som GST, til å skifte fase, det vil si veksle mellom en amorf tilstand og en krystalltilstand. Jo mindre GST man har i hver celle, desto mindre energi trenger man for å få cellen til å bytte fra «0» til «1». Faseovergangen krever kortvarig oppvarming til over 600 grader Celsius.

På engelsk beskrives GST som en «chalcogenide», det vil si som en forbindelse mellom minst én kalkogen ion og minst ett elektropositivt element. Kalkogenene utgjør formelt gruppe 16 i det periodiske system, altså oksygen, svovel, selen, tellur og polonium, men bruken av betegnelsen begrenses vanligvis til svovel, selen og tellur. Jeg har ikke sett at «kalkogenid» brukes på norsk, men det kan være en korrekt gruppebetegnelse på sulfider, selenider og tellurider?

Pris er ikke en egenskap som Numonyx har med i sin sammenlikning. Foreløpige anslag tyder på at PCM kan være opptil ti ganger så dyrt å produsere som annen minne. Det er selvfølgelig mulig, for ikke å si sannsynlig, at nye produksjonsmetoder, og etter hvert stor etterspørsel, kan bidra til å senke prisnivået drastisk.

    Les også:

Til toppen