Abstrakt

Da die Halbleiterfertigung zunehmend in wirtschaftliche und technische Herausforderungen hineinläuft, werden die Märkte und Anwendungen kleiner, welche es erlauben, die Kosten zu amortisieren und die Risiken der neuer Fertigungsprozesse zu übernehmen. Irgendwann wird die gesamte Branche in einen Legacy- und Spezialmarkt verzweigen - eine, die in der Lage ist, die Kluft zwischen neuen Speichergeräte und Architekturen zu überwinden. DDR4 kann jetzt wie Commodity aussehen, aber sobald die restlichen drei DRAM-Technologie-Entwickler sich auf die nächste große Sache zu bewegen, wird keine Lizenznehmer oder Foundry mehr in der Lage sein, moderne DDR4 in einem wettbewerbsorientierten Markt zu unterstützen. Sehe Sie sich Legacy-DRAM von Tier-2 und fab-less DRAM-Hersteller an. Die Komponenten warden verkauft zu einem Preis 2x bis 5x ihres historischen Tiefs, und dann betrachten ein spezialisierte DRAM’s wie RLDRAM; diese warden verkauft für einen 5x höheren Preis. DRAM-Hersteller haben lange auf eine ausreichende Marktkonsolidierung gewartet, um endlich ihre Gewinnspannen auf die der CPU-Hersteller-Ebene steigern zu können. Diese Zeit wird früher kommen, als Sie denken.

Einführung

Industrielle Anwendungen sind so ausgelegt, dass sie eine spezifische Funktion in zuverlässiger Art und Weise und in rauen Umgebungen durchführen; die Leistungsanforderung für die Lebensdauer des Produkts ist festgelegt. Es ist wahr, dass ein neueres Ersatzsystem für eine RT-Anwendung eine höhere Leistung haben kann, aber für eine, die im Feld ist, ist dies nicht der Fall. Die meisten embedded Anwendungen profitieren nicht von der schnellen Weiterentwicklung der Systemleistung, indem sie sich auf die neuesten Prozessoren und Speichertechnologien hin bewegen. Sie liefern weiterhin Legacy-CPUs und Controller von etablierten Lieferanten und erfordern langfristige Unterstützung für die Peripherie-Komponenten wie z.B. Speicher.

Das Benutzen für diese Anwendungen von fortgeschrittene Halbleiterherstellungsprozessen und schnelleren Gerätekonstruktionen könnte sich als problematisch erweisen. Die neueren Geräte können anfälliger für geringfügige Störungen aus Rauschen und ähnlichen Störungen von Hochenergiepartikeln oder kosmischen Strahlung aufgrund verbesserter Spannungsregelung, niedrigerer Core Spannung und schnelleren Schaltflanken sein. Einige der beobachteten Ausfallmechanismen können in neuen Speichercontrollern oder Implementierungen entworfen oder bearbeitet werden, aber Systeme, die bereits im Feld sind, haben diese Option nicht. Speicher, die in Anwendungen verwendet wurden, die vor Jahren mit jetzt ausentwickeltenn Steuerungen entworfen wurden, benötigen einen Speicher, der die Zuverlässigkeit und die Qualitätserwartungen des ursprünglichen Designs erfüllt.

Die großen, hochvolumigen Speicheranbieter werden weiterhin die Legacy-Funktionalität unterstützen, indem sie Komponenten auf eine neuere (kleiner) Prozesstechnology übertragen, aber nur dann, wenn sie ökonomisch sinnvoll ist. Sie werden versprechen, diese Legacy-Funktionalität auf unbestimmte Zeit zu unterstützen, bis der Tag, kommt, an dem das Ende des Fertigungsprozesses das Ende für ein Produkt bedeutet. Dieses ist dann die letzte Möglichkeit (last time buy), das Produkt noch zu kaufen. Die meisten scharfsinnigen Kunden erkennen die Gefahr, in die sie sich einbringen, und werden bereits im Vorfeld auf alternative langfristige Lieferanten umstellen, so dass Sie auch günstigere Konditionen für eine erweiterte Belieferung vereinbaren können. Zusätzlich zu den offensichtlichen Geschäftsvorteilen gibt es technische Gründe, um Bauteile mit kleineren Prozessgeometrien zu vermeiden.

DRAM Design und Fertigung

Ein DRAM speichert Daten auf einem Kondensator, der durch einen 'Pass' Transistor isoliert ist. Diese Kombination wird als die Bitzelle bezeichnet, wobei jede mit x- und y-Dimensionen von einigen zehn Nanometern hat. Der Kondensator wird im Raum oberhalb der Schaltkreise gefertigt, und in modernen DRAM-Bitzellen ähnelt der Kondensator einem großen, dünnwandigen Zylinder, wobei das Dielektrikum sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite des Rohres liegt. Wenn die Prozessgeometrie schrumpft, wird es einfacher als je zuvor, den Wert auf einer Bitzelle zu stören, entweder durch Störung des Kondensators, des Durchgangstransistors oder der Bitleitung, die mit der Erfassungsschaltung verbunden ist. Der Sense-Betrieb misst Millivolt von Differenzspannungen, die durch einen kleinen Kondensator verursacht werden, der eine große Bitleitung antreibt. Die Bitleitung ist mit Hunderten von Durchgangstransistoren verbunden, und die parasitäre Kapazität der Bitleitung selbst kann mehr als 10x größer sein als der Bitzellenkondensator.

Das Diagramm nach rechts entspricht der Komplexität des DRAM-Kondensator-Arrays nicht. Die Kondensatoren sind so groß, dass sie mit einem Netz mechanisch stabilisiert werden müssen, so dass der Abstand zwischen ihnen nicht variiert, sonst kann die Ladung eines Kondensators eine benachbarte Ladung beeinflusssen. Unten ist ein Bild von 2004, wo die Kondensatoren im Vergleich zur aktuellen Gerätetechnik kurz und stumm sind und ein Siliziumnitrid-Mesh enthält, das die Position des Kondensators bei der Geräteherstellung stabilisiert. Ohne das Netz würden sich die Kondensatoren neigen und auf benachbarte Zellen übersprechen.