Nuove memorie a stato solido

Qualche giorno fa leggevo sull’agenzia di stampa britannica Reuters questa notizia

SEOUL (Reuters) – Samsung Electronics Co Ltd prevede di investire 7 miliardi di dollari nei prossimi tre anni per espandere la propria produzione di chip di memoria NAND nella città nord-occidentale cinese di Xi’an, ha detto il lunedì il gigante della tecnologia sudcoreana.

Qui la mia mente è partita in più direzioni, perché in Cina e cosa sono le memorie NAND?

Per la prima domanda è facile intuire, i test missilistici ed atomici dell’altra corea preannunciano instabilità.

Per il colosso Sud Coreano conviene trasferire le produzioni in luoghi relativamente sicuri con costi di produzione bassi.

Per la seconda parte della domanda è doverosa una carrellata su cosa siano tali memorie, le varie tipologie e le tecnologie utilizzate.

Esistono principalmente due tipologie di memorie flash, dette NOR flash e NAND flash.

Come è fatta una cella di memoria

Andiamo con ordine, partiamo dalle memorie NOR, le prime ad essere prodotte, essenzialmente ogni cella è assimilabile ad un MOSFET con l’unica differenza di avere due gate. Uno è il classico di controllo (CG control gate) mentre l’altro viene completamente isolato da uno strato di ossido (FG floating gate) Il floating gate si trova tra CG e substrato, siccome è isolato, ogni carica elettrica che vi arriva superando il dielettrico dato dall’ossido, rimane li intrappolato modificando la tensione di soglia di conduzione del MOSFET.

La lettura della cella avviene applicando una tensione su CG, la corrente che attraverserà il canale del MOSFET sarà maggiore o minore in funzione delle cariche presenti in FG interpretabile con un livello logico “0” o “1”

.Come viene programmata la cella

Le NOR vengono programmate applicando una tensione maggiore di 5V su CG attivando il canale, le cariche con maggiore energia superano il dielettrico e si spostano sull’elettrodo FG rimanendovi intrappolate.

Le NAND invece iniettano le cariche in FG mediante l’effetto tunnel.

La cancellazione in entrambe le tipologie frutta l’effetto tunnel, applicando una differenza di potenziale tra CG e surce in maniera da estrarre le cariche in FG.

Le operazioni di lettura e scrittura delle avvengono in blocchi di celle che possono arrivare anche a 64kb a seconda delle dimensioni totali della flash in uso. Di contro si ha che anche la modifica di una sola cella comporta la riscrittura di tutto il blocco.

Considerando la complessità del sistema di scrittura e lettura si deduce che è intuibile che dal punto di vista della velocità non sono competitive con altri sistemi di memorizzazione. Sono però interamente a stato solido, non richiedono grande dispendio di energia per le operazioni e hanno un ciclo utile di vita superiore a 10,000 cicli di modifica, questi aspetti li fanno preferire in tutti quei sistemi di archiviazione portatili alimentati a batteria.

Le NOR le troviamo comunemente nei microprocessori per contenere il firmware grazie al loro minimo tempo di accesso in letture random, utile appunto per eseguire il codice direttamente dalle memorie stesse senza una cache di supporto.

Le NAND sono più semplici da realizzare e grandi la metà permettendo una grande integrazione a parità di superficie di silicio impegnata, anche se necessitano di 5 millisecondi per la programmazione contro i 4 delle NOR, si usano in tutte le schedine di memoria o chiavette che ognuno ha in tasca o sul proprio cellulare.

Tecnologia V-NAND

Torniamo alla notizia di partenza,Samsung ha rivoluzionato il settore delle flash passando dal classico NAND planare a una struttura verticale. La nuova tecnologia V-NAND presenta un esclusivo design che impila attualmente fino a 64 strati uno sopra l’altro. Anziché cercare di ridurre le dimensioni dello spazio occupato dalle celle ha utilizzato la Tecnologia Channel Hole ( CHT ) per permettere alle celle di collegarsi verticalmente attraverso un canale cilindrico che le attraversa. Applicando l’innovativa tecnologia CTF, che utilizza uno strato non conduttivo di nitruro di silicio ( SiN ) , intrappolando temporaneamente cariche elettriche per mantenere l’integrità delle celle .
Questo strato non conduttivo avvolge il CG della cella e agisce come un isolante che trattiene la carica per prevenire la corruzione dei dati causata da interferenze tra celle vicine, viste le dimensioni spinte al limite. La tradizionale memoria NAND planare richiede la creazione di una serie di algoritmi complessi per prevenire la corruzione dei dati, causata dalle interferenze . Le V-NAND sono praticamente immuni a tale problema permettendo alla memoria di scrivere con una velocità fino a due volte superiore della memoria flash NAND planare 2D tradizionale e un risparmio di energia pari al 45%.

Date le potenzialità si capisce l’interesse che ha il colosso coreano per tali memorie.

Conclusioni

Come conclusione posso dire che anche una notizia economica marginale di una agenzia di stampa può nascondere molti risvolti interessanti.

Lo spunto per approfondire una branca della tecnologia che in capo a cinque anni sarà ordinaria nella maggior parte dei dispositivi di uso comune.