Теги → 3d nand
Быстрый переход

Китайские производители памяти начнут набирать обороты в 2019 году

Скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается. Зарождающееся на просторах Поднебесной национальное производство памяти NAND и DRAM пока работает на холостых оборотах, но готовится включить вторую передачу уже в следующем году. По данным местных источников, на которые ссылается вездесущий интернет-ресурс DigiTimes, в настоящий момент компания Yangtze Memory Technologies (дочернее предприятие Tsinghua Unigroup) каждый месяц может обрабатывать едва ли около 5000 кремниевых пластин с чипами 3D NAND.

Партия сказала: надо! Tsinghua Unigroup и её глава Жао Вейгуо ответили: есть!

Партия сказала: надо! Tsinghua Unigroup и её глава Жао Вейгуо ответили: есть!

Как мы сообщали, весной YMTC получила первый коммерческий заказ на 10 000 32-слойных чипов 3D NAND, которые пойдут на изготовление 8-Гбайт карт памяти SD. Это будет от начала до конца полностью китайская продукция, чем, в общем-то, можно гордиться. Первый завод YMTC начала строить летом 2016 года, а уже к 2020 году планирует ежемесячно обрабатывать до 100 тысяч 300-мм пластин с памятью 3D NAND. При выходе на полную мощность все три запланированных производства YMTC смогут каждый месяц обрабатывать до 400 000 пластин. Пока об этом рано говорить, но значительно нарастить производство памяти компания рассчитывает уже в 2019 году.

Заседание партийной ячейки компании Tsinghua Unigroup традиционно завершается исполненнием «Интернационала»

Заседание партийной ячейки компании Tsinghua Unigroup традиционно завершается исполнением «Интернационала»

Точкой ускорения производства на заводах YMTC должна стать 64-слойная память 3D NAND. Разработка технологии производства 64-слойной памяти должна завершиться до конца текущего года. Есть мнение, что до внедрения в производство 64-слойной памяти компания YMTC не будет спешить наращивать объёмы выпуска.

действующий генеральный секретарь ЦК Коммунистической партии Китая Си Цзиньпин на заводе YMTC (XMC)

Действующий генеральный секретарь ЦК Коммунистической партии Китая Си Цзиньпин с экскурсией на заводе YMTC (XMC)

Производством памяти типа DRAM в Китае будут заниматься две другие компании: Fujian Jinhua Integrated Circuit и Innotron Memory (ранее известная как Hefei ChangXin или Hefei RuiLi). Обе они также рассчитывают начать коммерческие поставки национальной DRAM в 2019 году. Впрочем, компании Fujian ещё предстоит закрепить успех от победы над Micron в Народном суде Китая. На данном этапе суд принял сторону Fujian, запретив продавать в Китае до 26 наименования продукции Micron (модули памяти и SSD). Однако Micron не собирается сдаваться, хотя и подчинилась постановлению суда. Так что патентные споры остаются для Fujian зоной риска.

Компания Innotron, о чём мы тоже сообщали, начала опытное производство 8-Гбит чипов LPDDR4 и показала инженерные образцы 19-нм 8-Гбит памяти DDR4. Коммерческим производством обоих типов DRAM она планирует заняться в первой половине 2019 года.

Samsung увеличит расходы на расширение выпуска 3D NAND

Лучшая защита — это нападение. Компания Samsung Electronics, сообщает сайт DigiTimes со ссылкой на южнокорейское издание Chosun Ilbo, намерена резко увеличить капитальные затраты на расширение выпуска энергонезависимой памяти типа 3D NAND (многослойной NAND-флеш). В свете аналогичных усилий, предпринимаемых конкурентами и, что более опасно — китайцами, наращивание объёмов выпуска 3D NAND может стать единственным правильным ответом Samsung на вызовы времени.

Завод Samsung в Пхёнтек (http://www.koreaherald.com)

Завод Samsung в Пхёнтек (http://www.koreaherald.com)

В 2018 году, сообщают источники, компания Samsung потратила и потратит на развитие производства NAND-флеш около $6,4 млрд. В 2019 году на те же цели компания планирует потратить порядка $9 млрд. Означенные сумму будут направлены преимущественно на расширение производственных линий по выпуску 3D NAND на заводе в городе Пхёнтэк (Pyeongtaek), Южная Корея, и на заводе компании в городе Сиань (Xian), Китай. Запланированное расширение, считают местные источники, «зацементирует» лидирующую позицию Samsung на рынке NAND-флеш.

Как свидетельствуют независимые аналитические наблюдения, с начала текущего года цены на память типа NAND практически прекратили рост и даже начали снижаться, переломив длившуюся почти два года пагубную для потребителей NAND тенденцию к росту. В свете наращивания производства памяти компаниями Samsung, SK Hynix, Micron, Intel, Toshiba/Western Digital/SanDisk и даже подающими робкий голос китайцами из компании XMC/Yangtze River Storage Technology, контрактные цены на NAND во второй половине года обещают следовать «мягким» тенденциям и продолжить этот курс в 2019 году. Проще говоря, память NAND начнёт дешеветь.

90(+)-слойная 3D NAND производства Samsung

90(+)-слойная 3D NAND производства Samsung

С точки зрения производителей, в удешевлении памяти NAND скрывается угроза. Очень скоро может наступить этап перепроизводства со всеми вытекающими неприятностями — это снижение цен и потеря выручки и прибыли. Очевидно, выстоит в этой ситуации тот, кто сможет выпускать больше и (или) дешевле. Компания Samsung делает ставку на больше, дешевле и... технологичнее.

Samsung приступила к производству 96-слойной памяти 3D NAND

Пока конкуренты готовятся приступить к производству 96-слойной памяти 3D NAND или только-только завершают разработку подобной памяти, компания Samsung начинает массовый выпуск самых технологически развитых многослойных чипов флеш-памяти. Компания выпустила пресс-релиз, в котором сообщила о запуске в массовое производство 256-Гбит чипов 3D NAND TLC (в терминологии Samsung — V-NAND) пятого поколения.

Память пятого поколения включает как беспрецедентное пока количество слоёв — свыше 90, так и новый интерфейс Toggle DDR 4.0 микросхем памяти. Тем самым скорость обмена между памятью NAND и контроллером выросла на 40 % до 1,4 Гбит/с. Отметим, интерфейс Toggle DDR 3.0 позволял организовать скорость обмена с чипами до 800 Мбит/с. Разница между Toggle DDR 4.0 и Toggle DDR 3.0 больше 40 %, но в Samsung не раскрывают организацию микросхем памяти нового поколения, поэтому оставим этот момент на совести составителя пресс-релиза. Важно то, что в сравнении с 64-слойными предшественниками потребление интерфейса и чипа не увеличилось, поскольку одновременно снижено рабочее питание микросхем с 1,8 В до 1,2 В.

В данном анонсе Samsung следует обратить внимание на тот факт, что компания не обозначает новинки как 96-слойные решения, а только как 90+. Между тем каждый такой чип состоит из двух установленных друг на друга 48-слойных кристаллов 3D NAND. Куда делись недостающие слои? Скорее всего, в месте стыка двух кристаллов происходит разрушение слоёв или компания отключает эти слои в связи с высоким уровнем отказа ячеек в них.

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

Другой интересный момент в анонсе — это достаточно маленькая ёмкость 90-слойных чипов — всего 256 Гбит. Во-первых, это уменьшает площадь кристалла и позволяет с каждой кремниевой пластины получить больше микросхем. Во-вторых, ячейки памяти получаются достаточно большими по площади и, следовательно, становятся более устойчивыми к износу. Наконец, большая площадь ячеек позволяет улучшить параметры записи и чтения в ячейках. Так, продолжительность операций записи в ячейку в 96-слойной памяти сократилась на 30 % до 500 мкс, а скорость чтения «значительно» улучшила свои параметры и ускорилась до 50 мкс.

Помимо прочего Samsung улучшила технологию производства 3D NAND. Во-первых, за счёт улучшений в процесс депонирования (внесение примесей) при производстве слоёв производительность процесса ускорилась на 30 %. Иначе говоря, выход продукции за единицу времени увеличился почти на треть. Во-вторых, компания смогла на 20 % уменьшить толщину слоёв без возникновения перекрёстных помех. Это означает, что сокращены токовые маршруты, длины которых влияют как на потребление, так и на внутренние процессы по обслуживанию ячеек (по обработке данных внутри памяти).

Несмотря на все достижения, равным которым в индустрии нет, компания Samsung не собирается почивать на лаврах. Вскоре Samsung в пятом поколении 3D NAND обещает представить как 1-Тбит микросхемы памяти, так и память с ячейкой QLC, которая будет хранить четыре бита данных.

До конца года цены на флеш-память для SSD готовы свалиться в крутое пике

Аналитики подразделения DRAMeXchange торговой площадки TrendForce доложили о ещё одном компетентном наблюдении. В течение второй половины 2018 года, уверены в DRAMeXchange, контрактные цены на микросхемы памяти типа NAND обещают стабилизироваться и даже начать снижаться. Иными словами, импульс для роста цен, обычно возникающий в период завершения сезона отпусков, в этом году будет слабым и не повлечёт за собой увеличение спроса и роста цен на энергонезависимую память.

В первой половине 2018 года контрактные цены на NAND-флеш снижались два квартала подряд, следуя как за сезонным снижением спроса на устройства, так и за наращиванием производства 64/72-слойных микросхем 3D NAND. В этот период поставщики памяти стремились предложить конкурентную цену на продукцию, чтобы поощрить производителей устройств увеличивать объём бортовой памяти в изделиях (смартфонах, планшетах и в ноутбуках). Расчёт был на то, что с началом сезона «назад в школу» спрос по инерции возрастёт. Также производители притормозили с планами расширить производство 3D NAND, чтобы предотвратить снижение оптовых цен на память на фоне угрозы возможного перепроизводства. В общем, делали всё от них зависящее, чтобы цены на NAND возобновили свой рост.

Пока специалисты DRAMeXchange оценивают планы производителей остановить падение цен на NAND как провалившиеся. В третьем квартале последовательный (квартальный) рост продаж смартфонов ожидается на уровне 0–1 %, планшетов — 0–1 %, и ноутбуков — 9–10 %. Для успешных контрактных поставок чипов NAND-флеш в таких условиях оптовые цены на микросхемы памяти снова придётся снижать. И если в четвёртом квартале снова не выстрелит новый iPhone, оптовые цены на NAND продолжат снижаться уже до самого конца текущего года.

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND, что усложняет её производство

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND, что усложняет её производство

Что делать производителям NAND в таких условиях? Во-первых, ни в коем случае не расширять производство. Во-вторых, начать перевод части линий для выпуска 64/72-слойной 3D NAND под будущее производство 96-слойной 3D NAND, что на какое-то время равнозначно сворачиванию производства. На какое-то время это может помочь привести спрос и предложение в состояние баланса, но долго такое равновесие не просуществует, и цены на NAND снова начнут снижаться.

Производство 10-нм DRAM памяти Micron пройдёт пять стадий

В преддверии симпозиума VLSI 2018 компания Micron Technology устами исполнительного вице-президента Скотта ДеБоера (Scott DeBoer) раскрыла планы по разработке новых техпроцессов производства памяти типа DRAM и 3D NAND. Начнём с оперативной памяти. Сообщается, что техпроцессы класса 10 нм пройдут пять стадий, три из которых ещё предстоит детально разработать. В настоящий момент компания массово выпускает микросхемы DRAM с использованием первого поколения техпроцесса класса 10 нм под кодовым именем 1Xnm (предположительно — это 17 нм). Во втором полугодии объёмы производства чипов с нормами 1Xnm начнут превышать объёмы производства DRAM класса 20 нм, постепенно вытесняя их из оборота.

Второе поколение техпроцесса класса 10 нм или 1Ynm уже разработано, а выпущенные с его помощью микросхемы DRAM проходят квалификационные тесты у партнёров Micron. Массовый выпуск микросхем оперативной памяти с нормами 1Ynm стартует до конца текущего года. Под кодовым именем 1Ynm может скрываться как 16-нм, так и 15-нм техпроцесс. В Micron этой информации не раскрывают.

Третье поколение техпроцесса класса 10 нм или 1Znm находится на стадии проектирования кристалла и в процессе проработки необходимых производственных операций. По слухам, это будут технологические нормы уровня 13 нм. Двумя следующими техпроцессами Micron станут техпроцессы 1α (альфа) и 1β (бета). Оба они, как понятно даже из названий, находятся на ранней стадии разработки. Техпроцессы 1α и 1β тоже будут относиться к классу 10 нм, но они могут опуститься ниже этой геометрической границы, хотя Micron не стала вводить кодовое имя класса 0Xnm. Как и компания Samsung, Micron также будет использовать в будущем сканеры диапазона EUV для производства памяти, но начнёт это делать ориентировочно с техпроцесса 1β.

Перспективные варианты по наращиванию плотности 3D NAND

Перспективные варианты по наращиванию плотности 3D NAND

Что касается многослойной памяти NAND (3D NAND), то Micron пообещала до конца календарного года приступить к производству 96-слойных 512-Гбит чипов. Поскольку ёмкость чипов не увеличится, кристаллы получатся рекордно малой для индустрии площади. В пересчёте на себестоимость кристаллов — это хорошая новость. Плохая новость заключается в том, что 96-слоёв невозможно создать в одном кристалле и новые чипы будут состоять из двух состыкованных друг с другом 48-слойных кристаллов.

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

Впрочем, компания Micron уже умеет собирать стеки из кристаллов 3D NAND. Если верить источникам, 64-слойная память 3D NAND уже выпускается как в виде монолитного кристалла, так и в виде стеков из двух 32-слойных кристаллов. Кстати, выпуск монолитных 64-слойных кристаллов открывает путь к относительно простому производству четвёртого поколения 3D NAND в виде 128-слойных микросхем.

Память 3D NAND может использовать разный тип ячеек: с ловушкой заряда или с плавающим затвором

Память 3D NAND может использовать разный тип ячеек: с ловушкой заряда или с плавающим затвором

Также Micron подтвердила, что в четвёртом поколении 3D NAND она откажется от ячейки NAND с плавающим затвором и перейдёт на ячейку NAND с ловушкой заряда. Как результат, пропускная способность 3D NAND памяти компании увеличится на 30 %, а потребление энергии в пересчёте на бит сохраняемых данных снизится на 40 %. Неплохо!

О вероятной причине прекращения совместных разработок 3D NAND компаниями Intel и Micron

В начале января как гром среди ясного неба разнеслась информация, что компании Intel и Micron прекратят совместную разработку многослойной памяти 3D NAND, начиная с четвёртого поколения или, конкретизируя, после завершения разработки 96-слойной памяти. Появились спекуляции, что Intel собирается делать ставку на память 3D XPoint, хотя компании продолжат совершенствовать этот тип энергонезависимой памяти рука об руку. Что же произошло на самом деле? Ответ на этот вопрос может крыться и, скорее всего, кроется в намерении Micron изменить архитектуру ячейки 3D NAND.

Память 3D NAND может использовать разный тип ячеек: с ловушкой заряда или с плавающим затвором

Память 3D NAND может использовать разный тип ячеек: с ловушкой заряда или с плавающим затвором

На днях на годовой встрече с аналитиками представители Micron сообщили, что с четвёртого поколения 3D NAND компания откажется от ячейки с плавающим затвором в пользу ячейки с ловушкой заряда. Компании Micron и Intel единственные производители 3D NAND из большой четвёрки, кто использует FGT-ячейку (floating gate). Все другие производители многослойной NAND опираются на ячейку CTF (charge trap). Совместное предприятие Micron и Intel все три поколения 3D NAND, куда относится 32-, 64- и 96-слойная память, выпускало, выпускает и будет выпускать (применительно к 96-слойной 3D NAND) память на ячейке с плавающим затвором.

Два года назад Micron пыталась «соскочить» с ячейки FGT, но в реальности это сделать не получилось. Соответственно, эту же технологию производства компания Intel внедрила на своём китайском заводе в городе Далянь, на переоборудование которого она потратила свыше полутора лет и больше $5млрд. Можно предположить, что Intel оказалась не в восторге от предложения партнёра отказаться в четвёртом поколении 3D NAND от ячейки с плавающим затвором. Поэтому со следующего года и при  разработке четвёртого поколения 3D NAND с числом слоёв свыше 140 уровней компании пойдут разными путями.

До сих пор компании Intel и Micron придерживались принципа, что переход от выпуска планарной NAND на многослойную 3D NAND обходился дешевле, если ячейка строилась на плавающем затворе. На деле всё немного не так. Память с ячейкой на ловушке заряда ощутимо плотнее, поскольку заряд хранится в тонком слое диэлектрической плёнки. Ячейка с плавающим затвором состоит из двух затворов, один из которых — плавающий — помещён между двумя слоями диэлектрика. За счёт этого объём FGT-ячейки до пяти раз превышает объём CTF-ячейки, что негативно сказывается на плотности записи. Также число технологически циклов при производстве 3D NAND с CTF-ячейкой на 20 % меньше, чем выпуск 3D NAND с FGT-ячейкой, а это тоже деньги и немалые.

Модуль памяти NVDIMM Intel Opane DC на памяти 3D XPoint

Модуль памяти NVDIMM Intel Opane DC на памяти 3D XPoint

Следует ожидать, что Micron будет с трудностями переходить с 96-слойной FGT 3D NAND на 140-160-слойную CTF 3D NAND. Возможно даже, что компания может столкнуться с невозможностью удовлетворить запросы клиентов. Проще говоря, на каком-то этапе может возникнуть дефицит 3D NAND производства Micron. Компания Intel в этом плане будет свободна от потрясений. Не исключено, что Intel действительно хочет дотянуть до массового выпуска 3D XPoint и завязать с производством 3D NAND. В таком случае ей нечего беспокоиться о какой-то там ячейке в четвёртом или пятом поколении 3D NAND.

Новый завод поможет Toshiba Memory нарастить выпуск 3D NAND

Официальным пресс-релизом подразделение Toshiba Memory Corporation одноимённой японской корпорации анонсировало сроки начала строительства нового завода по выпуску флеш-памяти 3D NAND (фирменное название — BiCS FLASH). Новое предприятие будет построено на сервере страны в префектуре Иватэ вблизи города Китаками (Kitakami). Строительство начнётся в июле текущего года и будет закончено примерно год спустя. Затем компании понадобится ещё около года на установку производственного оборудования. В строй завод войдёт в 2020 году ближе к его середине.

Завод Toshiba Fab 6 в Йоккаити

Завод Toshiba Fab 6 в Йоккаити

Решение о строительстве нового завода было принято в начале сентября прошлого года. Теперь, когда Toshiba Memory близка к самостоятельной от материнской корпорации работе (она получила все необходимые разрешения на продажу консорциуму K.K. Pangea), планам строительства нового завода уже ничего не мешает. Компания Western Digital приглашена участвовать в строительстве и в последующем дележе продукции. Ранее WD уже заявляла о готовности принять участие в данном мероприятии.

Завод будет построен с использованием передовых технологий во всём, начиная с защиты от землетрясений и энергоэффективности и заканчивая искусственным интеллектом, который будет управлять производством. Для работы на новом предприятии в этом году компания планирует нанять 370 выпускников. В то же время объёмы производства и точную сумму стоимости проекта компания не называет. Эти параметры будут определяться позже в зависимости от складывающейся рыночной обстановки.

В настоящий момент Toshiba Memory заканчивает завоз производственного оборудования на линии второй очереди на заводе Fab 6 в Йоккаити. Первая очередь линий начала выпускать продукцию год назад. Это была 64-слойная память 3D NAND. Новые линии, как ожидается, начнут выпускать 96-слойную память, что произойдёт ближе к концу этого года. Приятно, что Toshiba верна принципу, что заводов много не бывает. Это позволяет надеяться, что дефицита и роста цен на NAND-флеш не будет, а стоимость хранения данных на SSD продолжит снижаться.

Подробнее о новой 3D NAND QLC памяти Intel и Micron

Как мы сообщали, компании Intel и Micron приступили к массовому производству самой ёмкой и самой плотной в индустрии флеш-памяти 3D NAND ёмкостью 1 Тбит. На основе данных чипов компания Micron разработала серию SSD 5210 Ion вместимостью от 1,92 Тбайт до 7,68 Тбайт, коммерческие поставки которых стартуют нынешней осенью. Значительно увеличить ёмкость микросхем 3D NAND и накопителей на их основе удалось благодаря реализации целого ряда технологий и нововведений.

Но начнём мы с того, что 1-Тбит 3D NAND чипы партнёров представляют собой 64-слойные кристаллы. Это самая передовая на сегодня многослойная память. До конца года Intel и Micron могут начать производство 96-слойной памяти 3D NAND, о завершении разработки которой они тоже сегодня сообщили. Нетрудно подсчитать, что это на ровном месте увеличит плотность записи ещё на 50 % в пересчёте на одну микросхему памяти. Это хороший прыжок вперёд, хотя само по себе производство 96-слойной 3D NAND обещает оказаться намного сложнее, чем выпуск 64-слойной памяти.

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

Дело в том, что дальше наращивать слои в одном кристалле 3D NAND оказывается экономически невыгодным. Переход от 64 слоёв к 96 слоям в разы увеличивает длительность изготовления каждой кремниевой пластины с чипами 3D NAND. Поэтому, скорее всего, вместо изготовления монолитного 96-слойного кристалла будет собираться «спайка» из двух 48-слойных кристаллов. Это предъявляет высочайшие требования к точности совмещения верхнего и нижнего слоёв двух кристаллов, что неизбежно ведёт к росту уровня брака. Вот с ним-то и будут бороться производители при переходе к 96-слойным и более «слоистым» чипам 3D NAND.

Первыми выпуск 96-слойной памяти 3D NAND обещают начать компании WD и Toshiba. Это должно произойти в третьем или в четвёртом квартале текущего года. Хотя мы вряд ли удивимся, если компания Samsung начнёт выпускать 96-слойную память раньше всех. Ещё в прошлом году Samsung показала опытный чип ёмкостью 1 Тбит с записью 4 бит в каждую ячейку (QLC, Quad-Level Cell). Возвращаясь к сегодняшнему анонсу Intel и Micron, отметим, что 1-Тбит 64-слойный чип 3D NAND представляет собой массив ячеек QLC. Иными словами, Intel и Micron первыми в индустрии преодолели знаковый порог в 1 Тбит для хранения данных в коммерческом чипе. По сравнению с 64-слойной 3D NAND TLC (три бита в ячейке) плотность записи возросла на 33 %.

О достоинствах и недостатках паммяти QLC (AnandTech)

О достоинствах и недостатках памяти QLC (AnandTech)

Но и это ещё не всё. Сам по себе 64-слойный кристалл 3D NAND QLC Intel и Micron стал заметно меньше по площади — это тоже рекорд. Для этого партнёры спроектировали и изготовили чип таким образом, чтобы управляющие и питающие цепи, которые обслуживают массив памяти, были перенесены прямо под массив с ячейками. Эта технология называется CMOS under the array (CuA) и конкуренты тоже возьмут её на вооружение. Грубо говоря, электроника перенесена в подвал под массивом памяти, что существенно сэкономило площадь кристалла. Уточним, Intel пока не называет точных цифр.

Наглядно о технологии CMOS under the array (CuA)

Наглядно о технологии CMOS under the array (CuA)

Наконец, 1-Тбит чип 64-слойной памяти 3D NAND использует четыре банка памяти вместо двух, как это было реализовано до сегодняшнего дня. Разбивка на четыре логических и, очевидно, физических массива позволяет увеличить параллельный доступ к памяти, что ускоряет операции чтения и записи. Увы, Intel снова проигнорировала точные цифры, поэтому о реальном выигрыше судить нельзя. Также следует помнить, хотя для потребителя это вряд ли будет заметно, что переход на ячейку QLC снизил устойчивость ячеек к износу примерно с 3000 циклов перезаписи/стирания до 1000 циклов. Решать вопрос с надёжностью будут как всегда — с помощью избыточного массива ячеек.

В 2021 году ожидается выход «140+»-слойной памяти 3D NAND

Аналитики компании Applied Materials, одного из крупнейших производителей оборудования для полупроводниковой промышленности, прогнозируют освоение ведущими производителями флеш-памяти технологии «140+»-слойной 3D NAND в 2021 году. Под «140+» подразумевается пока ещё не утверждённое количество слоёв NAND флеш-памяти, которое, по-видимому, будет кратно 16 (144 или 160 слоёв) или 18 (144 или 162). Своё видение будущего памяти 3D NAND представители Applied Materials изложили в докладе, подготовленном к конференции IEEE International Memory Workshop (IMW), которая проходит в эти дни в г. Киото (Япония).

Согласно Applied Materials, для работы с полутора сотнями слоёв кремния потребуется использование новых материалов, без которых невозможен переход к слоям 45–50 нм толщиной. Для получения более тонких слоёв необходима оксидная плёнка с лучшими характеристиками, чем у имеющихся, а также новые полупроводниковые материалы из числа нитридов.

Сегодня толщина кремниевых слоёв варьируется от 70 нм в 32–36-слойном кристалле 3D NAND до 55 нм в 96-слойном. Несмотря на меры, предпринимаемые для уменьшения толщины кристалла (die), его высота увеличится с 2,5–5,5 мкм у используемой сегодня памяти до примерно 8 мкм в «140+»-слойной.

Увеличение количества кремниевых слоёв в первую очередь связано с увеличением объёма микросхем. Актуальная технология производства 64-слойной флеш-памяти позволяет изготавливать 8-Тбит (1-Тбайт) чипы 3D NAND (например, как в серверных SSD Samsung PM1643) при плотности данных в 8 Гбит на один слой флеш-памяти и в 512 Гбит на один кристалл. Шестнадцать кристаллов 3D NAND формируют одну 1-Тбайт микросхему. В пятом поколении Samsung V-NAND с применением 96-слойных кристаллов памяти 3D QLC объём одного чипа вырастет вдвое — до 16 Тбит.

Каким будет максимальный объём чипов «140+»-слойной памяти через три года, пока можно только догадываться. Во-первых, на смену технологии QLC (quadruple-level cell) может прийти условная QiLC (quintuple-level cell) для записи пяти бит данных в одной ячейке памяти. Во-вторых, будет уменьшаться прослойка «тёмного кремния» между транзисторами, как и сами транзисторы.

Заметим, что принцип создания 3D-кристаллов, взятый на вооружение производителями чипов NAND флеш-памяти, вдохновил тайваньского полупроводникового гиганта TSMC на разработку 3D-упаковки GPU без кремниевого моста.

Разработка «китайской» 3D NAND потребовала свыше $1 млрд и более 2 лет

Десятого мая в Шанхае открылась первая в истории Китая выставка «China Brand Day», в ходе которой, по замыслу организаторов, китайские компании должны были продемонстрировать уникальные разработки на уровне передовых мировых проектов. И, конечно же, выставка не обошлась без стенда компании Yangtze Memory Technology, где была показана первая разработанная и произведённая в этой стране многослойная память 3D NAND.

Yangtze Memory Technology

Yangtze Memory Technology

В апреле, как мы сообщали, компания Yangtze Memory на построенном в прошлом году заводе для обработки 300-мм кремниевых пластин приступила к установке и наладке производственного оборудования для выпуска памяти 3D NAND. Массовое производство первой продукции — 32-слойных микросхем предположительно ёмкостью 64 Гбит (8 Гбайт) — начнётся позже в текущем году. Но опытное производство уже ведётся и производителю есть, что привезти и показать на выставке.

Стенд Tsinghua с 32-слойной 3D NAND и SoC с LTE-модемом (Yangtze Memory Technology)

Стенд Tsinghua с 32-слойной 3D NAND и SoC с LTE-модемом (Yangtze Memory Technology)

В ходе выставочного мероприятия представители компании подчеркнули, что технология производства 3D NAND разработана собственными усилиями в течение двух последних лет. Над разработкой трудилось свыше 1000 инженеров, а финансовые затраты на поддержку проекта оценены на уровне 11 млрд юаней (свыше $1 млрд). Тем самым Китай заявляет, что владеет правами на интеллектуальную собственность в области производства многослойной флеш-памяти и может спокойно выходить с этой продукцией на мировой рынок. Мы же напомним, что разработка «национальной» памяти 3D NAND вряд ли была бы выполнена так быстро, если бы не прямая помощь, базовые разработки и патенты американо-японской компании Spansion.

Intel удваивает усилия по разработке 3D NAND своими силами

Долгие годы компания Intel разрабатывала и выпускала память NAND-флеш и 3D NAND вместе с компанией Micron. Начиная со следующего года каждая из этих компаний займётся самостоятельной разработкой новых версий многослойной памяти. Напомним, в январе Intel сообщила, что до конца года будет завершена разработка «третьего поколения» 3D NAND в виде 96-слойных чипов и в дальнейшем инженерные коллективы её и Micron будут работать раздельно (за исключением разработок, связанных с памятью 3D XPoint).

В «чистой комнате» производственного комплекса IMFT (Intel Micron Flash Technologies)

В «чистой комнате» производственного комплекса IMFT (Intel Micron Flash Technologies)

В принципе, намёк на отдаление от Micron появился ещё в 2015 году, когда Intel приступила к переводу своего китайского завода в городе Далянь с выпуска системной логики и NAND-флеш на производство 3D NAND. Завод модернизирован и приступил к массовому выпуску 64-слойной памяти. Очевидно, в первой половине следующего года это предприятие начнёт выпускать 96-слойную память 3D NAND. И если с производством у компании полный порядок, то инженерный коллектив явно потребует усиления. Как ни крути, инженерная база Micron в США сильна своими специалистами и оборудованием, а через несколько месяцев её двери для Intel будут закрыты.

Как сообщает сайт Motley Fool, Intel активно набирает специалистов для «формирования новой и передовой команды инженеров под руководством Technology and Strategy Office (TSO) с прицелом на значительное снижение затрат [на производство], улучшение продукции и реализацию возможностей оборудования и техпроцессов для будущих поколений производства 3D NAND». Можно предположить, что целевая инженерная группа Intel по разработке 3D NAND разместится вблизи завода в Китае (близость разработчиков и производства часто становится залогом успеха). В любом случае, Intel надо будет компенсировать интеллектуальный разрыв с Micron.

В заключение напомним, что Intel может искать тесной связи с китайскими производителями чипов. Например, циркулирует слух, что NAND-продукцию завода в городе Далянь компания будет реализовывать через местного производителя UNIC Memory Technology. Компания UNIC Memory якобы будет также упаковывать и тестировать чипы Intel 3D NAND. За прошедший год выручка Intel на направлении 3D NAND выросла на 36,6 %. Компания в основном выпускает SSD для ЦОД и серверного рынка. Работа с китайцами может позволить Intel выйти на новые для неё рынки с изделиями по конкурентной цене.

Innotron Memory движется к производству в Китае памяти DDR4

Мы не раз рассказывали, что основу производства «национальной» памяти DRAM и NAND в Китае начали закладывать три компании — это Yangtze Memory Technologies Company (производство 3D NAND), JHICC (производство DRAM) и Innotron Memory (производство DRAM). Для этого все они к уже имеющимся в их распоряжении заводам примерно полтора года назад начали строить новые фабрики с прицелом на обработку значительных объёмов 300-мм пластин. Компания Yangtze Memory, например, планирует ежемесячно обрабатывать до 300 тыс. кремниевых подложек диаметром 300 мм. Это произойдёт лишь к середине следующего десятилетия, но, тем не менее, впечатляет.

Фото со стройки завода компании JHICC (JHICC )

Фото 2017 года со стройки завода компании JHICC (JHICC )

На этой неделе каждая из трёх компаний сообщили об успешном прохождении фазы завоза в новые цеха промышленного оборудования, которое теперь предстоит установить и настроить. Будущий производитель 3D NAND компания Yangtze Memory начала этот процесс 11 апреля и даже получила первый заказ на поставку 32-слойных 64-Гбит чипов 3D NAND. Компания JHICC, о чём мы тоже рассказывали на днях, планирует завершить установку оборудования до июля и обещает уже в сентябре начать опытный выпуск микросхем памяти типа DRAM.

Последней о текущей ситуации на новом заводе доложила компания Innotron Memory. Сообщается, что первая фаза строительства новых цехов завершена в январе этого года. Тогда же начался завоз на предприятие производственного оборудования. Опытное производство на линиях первой очереди стартует в конце 2018 года с планами начать массовый выпуск чипов DDR4 ёмкостью 8 Гбит в 2019 году. В течение следующего года объёмы производства памяти DDR4 на 300-мм подложках планируется довести до 20 тыс. пластин в месяц.

Фото со стройки завода компании JHICC (JHICC )

Фото 2017 года со стройки завода компании Yangtze Memory Technologies (Tsinghua, CCTV13)

Строительство цехов второй очереди компания начнёт в 2020 году. В 2021 году Innotron Memory рассчитывает завершить разработку техпроцесса для выпуска памяти DRAM с технологическими нормами 17 нм. Руководство компании подчёркивает, что намерено самостоятельно разрабатывать техпроцессы и использовать для этого исключительно местное сырьё и производственное оборудование китайских компаний. Компанией Innotron Memory, кстати, руководит бывший генеральный директор компании SMIC Дэвид НК Вон (David NK Wang). В своё время он был председателем компании Huahong NEC и вице-президентом компании Applied Materials, в которой возглавлял азиатское подразделение компании. Это управленец с громадным специфическим опытом, который готов сделать свою работу на отлично.

Оформлен первый коммерческий заказ на «китайскую» 3D NAND

Неделю назад мы рассказывали, что 11 апреля в цеха компании Yangtze Memory Technologies (YMTC) начало поступать первое промышленное оборудование для выпуска «натуральной китайской» многослойной памяти 3D NAND. В ходе торжественного мероприятия по этому поводу глава материнской корпорации Tsinghua Unigroup Жао Вейгуо (Zhao Weiguo) сообщил, что Yangtze Memory заключила первый контракт на поставку памяти 3D NAND. Это будут 32-слойные микросхемы ёмкостью 64 Гбит для выпуска 8-Гбайт карточек памяти SD. На этом хорошие новости заканчиваются. Перемещаемся в реальность.

Образец 32-слойной памяти 3D NAND компании (Tsinghua, CCTV13)

Образец 32-слойной памяти 3D NAND компании Yangtze Memory (Tsinghua, CCTV13)

Ограниченное производство 32-слойной памяти 3D NAND компания Yangtze Memory начнёт только в конце текущего года. Были надежды на более ранний старт — в середине года, но этого не произойдёт (быстро только сказка сказывается). Огорчают также объёмы первого заказа — всего 10 776 микросхем. Это едва ли больше дюжины 300-мм пластин. Китайцы с их необъятными человеческими ресурсами такой заказ могут лобзиками выпилить из цельного куска кремния. Как-то очень скромно для амбициозного плана довести до 2022 года мощность предприятия до 300 тыс. 300-мм пластин в месяц. Что же, Москва тоже не сразу строилась.

Отдельно руководство Yangtze Memory подтвердило планы разработать технологию производства 64-слойных 128-Гбит микросхем 3D NAND. Эти планы компания собирается реализовать в течение 2019 года.

Micron расширяет Fab 10 в Сингапуре: Больше слоёв в 3D NAND!

Корпорация Micron Technology в этом месяце начала строительство третьего модуля производственного комплекса Fab 10 в Сингапуре. Как и имеющиеся Fab 10X и Fab 10N, новая фабрика будет использоваться для выпуска 3D NAND флеш-памяти. Micron подчёркивает, что расширение Fab 10 не призвано увеличить количество выпускаемых пластин с микросхемами памяти, но предназначено в первую очередь для создания плацдарма при производстве новых типов многослойной 3D NAND в будущем.

Micron уже имеет две 300-мм фабрики по производству 3D NAND флеш-памяти в Сингапуре (Fab 10N и Fab 10X), которые были построены ранее в этом десятилетии. Эти комплексы в настоящее время изготавливают львиную долю флеш-памяти компании Micron. Новое здание является третьим модулем Fab 10 и будет располагаться рядом с существующими комплексами. Новая фабрика будет построена на земельном участке площадью 165 тыс. м2 на улице North Coast Drive. Для сравнения, Fab 10N (первый модуль производственного комплекса) была построена на земельном участке площадью 200 тыс. м2, а площадь её «чистой» комнаты превышала 24 тыс. м2. Micron не указывает площадь «чистой» комнаты в новом модуле из соображений конфиденциальности.

В «чистой» комнате производственного комплекса Micron

В «чистой» комнате производственного комплекса Micron

Одна из вещей, которые подчёркивает Micron, заключается в том, что расширение Fab 10 не обязательно означает, что фабрика будет обрабатывать больше пластин. Эволюция 3D NAND — очень сложный процесс (эта тема была затронута в одной из наших заметок в конце 2016 года), но ключевой особенностью, которая позволяет данному типу энергонезависимой памяти увеличивать плотность записи, является увеличение количества слоёв. Как известно, для нанесения слоёв применяют метод химического осаждения из паровой фазы (chemical vapor deposition, CVD) и соответствующее оборудование. Таким образом, по мере роста количества слоев каждая пластина проводит всё больше времени в CVD-машине. Кроме того, больше количество слоёв требует несколько большего времени для травления в них отверстий (etching). Поскольку методики травления имеет известные пределы, для увеличения количества слоёв свыше определённых значений производители NAND будут вынуждены начать применять разные экстравагантные методики вроде string stacking (построение ещё одного массива 3D NAND ячеек поверх имеющегося), что дополнительно увеличивает производственный цикл. Стремясь сохранить количество обрабатываемых пластин по мере увеличения количества слоёв 3D NAND, производители флеш-памяти должны увеличивать количество CVD-машин в чистых комнатах, что требует дополнительного пространства. Таким образом, хотя расширения производственных комплексов могут не отражаться на количестве обрабатываемых пластин, они обеспечивают рост с точки зрения общего объёма выпускаемой памяти в пересчёте на бит.

Fab 10X: первый этап расширения Fab 10. Слайд из презентации Micron 2015 года

Fab 10X: первый этап расширения Fab 10. Слайд из презентации Micron 2015 года

Ожидается, что первая фаза нового модуля Fab 10 будет завершена к лету 2019. Micron планирует получить первые коммерческие пластины, обработанные на новой фабрике, в четвёртом квартале следующего года. Как обычно, наращивание производства в новом комплексе займёт некоторое время, так что можно ожидать, что новая фабрика начнёт вносить значительный вклад в общий объём выпуска 3D NAND компанией Micron где-то в 2020 году.

Производитель не указывает, какой именно тип 3D NAND он планирует изготавливать в новом модуле Fab 10, но с учётом временных рамок можно с высокой долей вероятности утверждать, что эти микросхемы будут иметь более 64 NAND-слоёв.

Производственный комплекс Fab 10 (Micron Semiconductor Asia), вид со спутника, Google Maps

Производственный комплекс Fab 10 (Micron Semiconductor Asia), вид со спутника, Google Maps

Санджей Мехротра (Sanjay Mehrotra), исполнительный директор Micron, сказал, что в дополнение к расширению комплекса Fab 10 компания также расширит свои научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки в Сингапуре. Среди прочего, Micron планирует нанять ученых-материаловедов, инженеров-электриков, ученых-исследователей и т. д.

Хотя Micron не раскрывает производственные мощности нового модуля Fab 10, но говорит, что новый завод потребует от компании набора дополнительного персонала для работы на фабрике и в цепочке поставок. В настоящее время численность работников Micron в Сингапуре составляет 7500 человек. Новый завод и расширение НИОКР потребуют от Micron нанять ещё 1000 человек.

Твердотельный накопитель на базе памяти 3D NAND

Твердотельный накопитель на базе памяти 3D NAND

Yangtze Memory приступила к установке оборудования для выпуска 3D NAND

Пару дней назад на открытии выставки CITE 2018 (China Information Technology Expo) председатель совета директоров корпорации Tsinghua Unigroup Жао Вейгуо (Zhao Weiguo) сообщил, что с 11 апреля на новом предприятии дочерней компании Yangtze Memory Technology специалисты приступили к монтажу производственного оборудования для выпуска 3D NAND. Вскоре после монтажа и настройки линий завод приступит к производству многослойной флеш-памяти 3D NAND. Первой продукцией станет 32-слойная память «64G 3D NAND». Поскольку уточнений нет, будем считать, что Yangtze начнёт выпуск 64-Гбит памяти (выпуск 512 Гбит микросхем для начала производства в Китае выглядит маловероятным).

В образцах китайская 3D NAND уже существует (Tsinghua, CCTV13)

В образцах китайская 3D NAND уже существует (Tsinghua, CCTV13)

Многослойная память 3D NAND, которую начнёт выпускать Yangtze Memory, разработана в Китае. На очереди завершение разработки и запуск в производство 64-слойной памяти, что должно произойти уже в следующем году. У компании достаточно ресурсов, чтобы выдержать как график ввода в строй новых линий, так и для финансирования разработок. В последнем случае создавать «национальную» память 3D NAND компании Yangtze Memory Technology помогает компания Spansion, владеющая обширным пулом необходимых патентов.

Торжественное завершение первой фазы строительства завода YMTC в Китае (август 2017 года)

Торжественное завершение первой фазы строительства завода YMTC в Китае (август 2017 года)

Также на открытии выставки г-н Жао сообщил, что его компания готова в последующие пять лет вложить в расширение производства полупроводников 370 млрд юаней ($58,74 млрд). Всего же за 10 лет Tsinghua Unigroup планирует (и имеет для этого ресурсы) вложить в «китайские» чипы порядка $100 млрд. Выпуском полупроводников, кстати, дело не ограничится. Корпорация развивается по многим направлениям ИТ-деятельности. Например, в первой половине текущего года под эгидой Tsinghua Unigroup будет запущен облачный публичный сервис для бизнеса со стоимостью начальных вложений $1,9 млрд.