晶圆级拆解英特尔Optane 3D XPoint存储器,探索黑科技!

2017-06-27 10:06:00 来源: 互联网

china0513-624x468

来源:内容来自eettaiwan ,作者Jeongdong Choe,谢谢。

TechInsights的研究人员针对采用XPoint技术的英特尔Optane存储器之制程、单元结构与材料持续进行深入分析与研究。

英特尔(Intel)和美光(Micron)在2015年8月推出了3D XPoint,打造出25年以来的首款新型态存储器技术。2016年,英特尔发布采用3D XPoint技术的Optane品牌储存产品,成为该技术最先上市的新一代高性能固态硬盘(SSD)系列。

根据TechInsights的材料分析,XPoint是一种非挥发性存储器(NVM)技术。位元储存根据本体(bulk)电阻的变化,并结合可堆叠的跨网格数据存取阵列。其价格预计将会较动态随机存取存储器(DRAM)更低,但高于快闪存储器。

TechInsights最近取得了英特尔Optane M.2 80mm 16GB PCIe 3.0并加以拆解,在封装中发现了一个3D X-Point存储器芯片。这是英特尔和美光的首款商用化3D Xpoint产品。英特尔3D X-Point存储器的封装尺寸为241.12mm2(17.6mm x 13.7mm),其中并包含X-Point记体晶粒。该3D X-Point晶粒尺寸为mm2(16.6mm x 12.78mm)。

china0513-624x468

图1:Xpoint存储器封装与晶粒(16B)图 (来源:英特尔3D XPoint、TechInsights)

TechInsights的进一步分析确定,英特尔Optane XPoint存储器芯片的每颗晶粒可储存128Gb,较目前2D与3D TLC NAND商用产品的储存密度略低,如图1所示。美光(Micron) 32L 3D FG CuA TLC NAND的每颗晶粒存储器密度为2.28Gb/mm2,三星(Samsung) 48L TLC V-NAND为2.57Gb/mm2,东芝(Toshiba)/WD 48L BiCS TLC NAND为2.43Gb/mm2,而海力士(SK Hynix)36L P-BiCS MLC NAND则为1.45Gb/mm2。相形之下,英特尔的Optane XPoint的存储器密度为0.62Gb/mm2。

china0513-624x468

图2:存储器密度比较

然而,相较于DRAM产品,3D Xpoint的存储器密度较同样采用20nm技术的DRAM产品更高4.5倍,也比三星的1xnm DDR4高出3.3倍。Xpoint存储器产品采用20nm技术节点,实现0.00176μm2的单元尺寸,这相当于DRAM单元大小的一半。这是因为可堆叠的存储器单元,以及4F2取代6F2用于存储器单元阵列设计。

china0513-624x468

图3:X-point存储器阵列SEM与TEM影像图

我们都知道,美光32L和64L 3D NAND产品采用CuA (CMOS under the Array)架构,表示其存储器阵列效率达85%,较其他3D NAND产品的效率(约 60-70%)更高,例如三星3D 48L V-NAND的效率为70.0%。同样地,XPoint存储器阵列中的储存元件由于位于金属4和金属5之间,使得晶粒的存储器效率可达到91.4%。换句话说,所有的CMOS电路,如驱动器、解码器、位元线存取、本地数据以及位址控制,均位于与3D NAND的CuA架构相似的存储器元件下方。图2显示英特尔XPoint与市场上现有3D NAND产品的存储器效率比较。

china0513-624x468

图4:存储器阵列效率的比较

至于英特尔XPoint存储器阵列中的存储器元素,它采用在金属4和金属5之间的储存/选择器双层堆叠结构,并在金属4上连接几个选择器触点接头。在储存元件方面,已经开发了诸如相变材料、电阻氧化物单元、导电桥接单元以及磁阻式随机存取存储器(MRAM)等备选方案。其中,英特尔XPoint存储器采用基于硫族化物的相变材料,而其存储器元件采用锗-锑-碲(Ge-Sb-Te)合金层,即所谓的相变存储器(PCM)。

在选择器方面则使用了许多开关元件,例如双载子接面电晶体(BJT)或场效电晶体(FET)、二极体和双向阈值开关(OST)。英特尔XPoint存储器使用另一种基于硫族化物的合金,掺杂不同于存储器元素的砷(As)。这表示英特尔XPoint存储器使用的选择器是一种双向阈值开关材料。

接下来,我们还将深入这款元件,寻找更具创新性的技术。

图5显示沿着位元线和字元线的双层存储器/OTS选择器元件横截面影像。OTS选择器并不会延伸至中间电极或底部电极。

china0513-624x468

图5:沿着位元线和字元线的XPoint PCM/OTS横截面 (来源:英特尔3D XPoint、TechInsights)

今天是《半导体行业观察》为您分享的第1318期内容,欢迎关注。

R

eading

推荐阅读(点击文章标题,直接阅读)

芯片的未来:继续缩小OR改变封装?

关于肉夹馍和良率那点事儿

新时代的芯片设计思路,不看你就out了

摩尔邀请您加入精英微信群

你好,感谢长期对半导体行业观察的关注和支持!为了方便各位精英专家交流,我们组建了一些专业、微信交流群,欢迎你加入,我们还会邀请在摩尔直播App做过技术和行业分享的100+技术大牛入群和大家交流。加群方法: 长按二维码,加群主为好友,填写加群需求信息,拉你入群。(微信限制每天好友添加数量只有300人,请耐心等待)

china0513-624x468

地域群:

上海、深圳、北京、江苏.浙江、西安、武汉、成都.重庆、合肥、厦门.晋华、大连、台湾、新加坡、日本.韩国、美国、欧洲、摩尔直播学习群。

专业群:

模拟射频设计、EDA.IP、数字芯片设计、模拟混合信号设计、版图Layout、数字PR.验证、晶圆制造Fab、设备EE、半导体材料、半导体设备、封装测试、半导体投资、市场销售、AE.FAE、嵌入式开发、实习交流、采购.IC代理

专业微信群规则:

1. 专业、高效交流,建议进群请修改群昵称,格式:公司或学校+职位或专业+中文或英文,请服从群主管理,如果多次违规会被请出交流群;

2. 原则上每人加不超过3个群,精彩讨论内容,群主会负责在不同群同步,既然加了群,请大家尽量置顶群,积极参与群讨论;

3. 群里聊天讨论仅限半导体专业内容,杜绝专业无关内容,特别是养生、拉票、微商等内容,严格禁止,为自己公司打广告以不引起群友反感为限;

4. 前100人免费,超过100人后,新进群者发新人红包,金额随意,讨个彩头。群友每增加100人,群主发群红包庆祝,金额等于群友人数。

关注微信公众号 半导体行业观察,后台回复关键词获取更多内容

回复 雄心 ,看《苹果的芯片帝国雄心》

回复 张汝京 ,看《中国半导体教父张汝京的“三落三起”》

回复 国产 ,看《国产手机崛起背后的最大受益者》

回复 ASR ,看《ASR收购Marvell MBU背后:一段有关RDA的爱恨情仇》

回复 IC ,看《一文看懂 IC 产业结构及竞争关系》

回复 展会 ,看《2017最新半导体展会会议日历》

回复 投稿 ,看《如何成为“半导体行业观察”的一员 》

回复 搜索 ,还能轻松找到其他你感兴趣的文章!

china0513-624x468

【关于转载】:转载仅限全文转载并完整保留文章标题及内容,不得删改、添加内容绕开原创保护,且文章开头必须注明:转自“半导体行业观察icbank”微信公众号。谢谢合作!

china0513-624x468

【关于征稿】:欢迎半导体精英投稿(包括翻译、整理),一经录用将署名刊登,红包重谢!签约成为专栏专家更有千元稿费!来稿邮件请在标题标明“投稿”,并在稿件中注明姓名、电话、单位和职务。欢迎添加我的个人微信号 MooreRen001或发邮件到 jyzhang@moore.ren

china0513-624x468

责任编辑:mooreelite
半导体行业观察
摩尔芯闻

热门评论