Тайваньская компания Macronix нашла оригинальный способ решения проблемы недолговечности флэш-памяти. Новая разработка должна повысить ресурс ячеек, обеспечив порядка 100 млн циклов перезаписи вместо типичных для популярной сегодня MLC NAND-Flash десяти тысяч.

Macronix давно выпускает модули энергонезависимой памяти. Компания отмечает, что многие другие производители были вынуждены урезать долю производства надёжной флэш-памяти типа SLC из-за растущего спроса на дешёвые MLC-чипы. Последние характеризуются большей плотностью хранения данных, но и обладают на порядок меньшим ресурсом.

Сравнение MLC и SLC

Cейчас MLC-чипы, хранящие 2 или 3 бита на ячейку, используются практически везде – от встроенной памяти примитивных электронных устройств до SSD премиум-класса. С быстрым износом флэш-памяти пытаются бороться за счёт алгоритмов оптимизации записи и распределения нагрузки.

Если операции чтения практически не влияют на срок службы чипов памяти, то каждая перезапись ячейки ускоряет её разрушение. Долгое время разные компании искали способ физически продлить жизнь ячеек, и наиболее перспективным вариантом считались различные схемы нагрева.

В экспериментах удавалось частично восстановить свойства массива изношенных ячеек, подвергая чип дополнительному нагреву. Расчёты показывали, что значимых результатов можно добиться при температурах порядка 250°С и времени экспозиции более часа. Само собой, практически такая схема недостижима.

Компания Macronix стала искать способы максимально локализованного нагрева, чтобы исключить негативное влияние высоких температур на припой и окружающие микросхему компоненты. Выход был найден путём интегрирования микропластин, выполняющих роль нагревательных элементов, непосредственно в каждую ячейку памяти.

Схема “самовосстанавливающейся” ячейки флэш-памяти со встроенным нагревательным элементом (изображение: Macronix)

Ключевыми идеями стали максимальный прицельный нагрев за минимальное время и индивидуальная работа с ячейками. По мере роста числа циклов перезаписи контроллер составляет список наиболее изношенных ячеек и планирует их профилактику.

В то время, когда устройство с флэш-памятью подключено, но не используется, контроллер поочерёдно активирует в ячейках встроенные нагревательные элементы. Они разогреваются до температур более 800 (восьмисот) °С и тут же отключаются.

Время шокового воздействия измеряется миллисекундами, поэтому сам чип не успевает существенно нагреться. По уверениям Macronix, кратковременное возрастание силы тока даже не окажет негативного влияния на аккумуляторы мобильных устройств.

Расчётный срок службы самовосстанавливающихся ячеек памяти BE-SONOS (Bandgap Engineered Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) составляет порядка ста миллионов циклов перезаписи. Для смартфонов, планшетов, фото- и видеокамер это означает “неубиваемую” встроенную память, а SSD с такими чипами стали бы символизировать настоящую надёжность.

Реализация принципа самовосстанавливающихся ячеек со встроенными нагревательными элементами потребует некоторых изменений в схеме производства флэш-памяти. Подробнее о них представители Macronix расскажут 10 – 12 декабря в Сан-Франциско на международной конференции IEDM (IEEE International Electron Devices Meeting).